(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111543099.6 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 西北工业大 学太仓长三角研究院 地址 215400 江苏省苏州市太 仓市科教新 城子冈路27号 申请人 北京宇航系统工程研究所 (72)发明人 陈福振　刘虎　史腾达　严红　 (74)专利代理 机构 北京方圆嘉 禾知识产权代理 有限公司 1 1385 代理人 程华 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑污染物沉积的航发压气机流场性能预 测方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种考虑污染物沉积的航发 压气机流场性能预测方法及系统。 该方法包括： 建立三维几何模 型并设立边界条件； 所述三维几 何模型包括： 叶片、 机匣、 轮毂以及气流通道的颗 粒三维几何模型； 基于所述三维几何模型， 对气 体‑颗粒两相流进行数值模拟， 得到颗粒的空间 分布； 基于所述颗粒的空间分布， 对表面颗粒进 行提取； 采用Delau nay三角剖分算 法对提取的表 面颗粒进行曲面重构； 对重构后的曲面的两端流 场网格和固场网格进行匹配， 得到耦合界面； 采 用插值算法对耦合界面之间的数据进行交换。 本 发明能够解决压气机受沙尘、 盐粒、 火山灰等污 染物沉积造成叶片表面结构发生改变从而引起 压气机流场性能改变之后的性能预测的问题。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 114254572 A 2022.03.29 CN 114254572 A 1.一种考虑污染物沉积的航发压气机流场性能预测方法， 其特 征在于， 包括： 建立三维几何模型并设立边界条件； 所述三维几何模型包括： 叶片、 机匣、 轮毂以及气 流通道的颗粒三维几何模型； 基于所述 三维几何模型， 对气体 ‑颗粒两相流进行 数值模拟， 得到 颗粒的空间分布； 基于所述颗粒的空间分布， 对表面颗粒进行提取； 采用Delaunay三角剖分算法对提取的表面颗粒进行曲面重构； 对重构后的曲面的两端流场网格和固场网格进行匹配， 得到耦合界面； 采用插值 算法对耦合界面之间的数据进行交换。 2.根据权利要求1所述的考虑污染物沉积 的航发压气机流场性能预测方法， 其特征在 于， 所述对气体 ‑颗粒两相流进行 数值模拟， 具体包括： 采用光滑离 散颗粒流体动力学 方法对颗粒进行 数值模拟； 采用有限体积方法对气流场进行 数值模拟。 3.根据权利要求2所述的考虑污染物沉积 的航发压气机流场性能预测方法， 其特征在 于， 采用光滑离 散颗粒流体动力学 方法对颗粒进行 数值模拟的计算公式如下： 其中， ρi为颗粒相有效密度， ρp为颗粒的实际密度， ρj为颗粒相有效密度速度矢量vij＝ vi‑vj， vi和vj分别为颗粒i和颗粒j的速度矢量， t为时间， mj为颗粒j的质量， Wij为颗粒i和颗 粒j之间的核函 数， σi和σj分别为颗粒i和颗粒j的所受到的应力张量， p为流场压力， g为重力 矢量， 为作用于颗粒上单位质量曳力， 为颗粒i的壁面力， N为颗粒i周围临近颗粒 的总数目， θpi为颗粒i的拟温度， 为能量耗散项， kp为能量耗散系数， Ncθp为颗粒间碰 撞产生的能量 耗散项， φgp为连续相与颗粒相间的能量交换。 4.根据权利要求3所述的考虑污染物沉积 的航发压气机流场性能预测方法， 其特征在 于， 采用有限体积方法对气流场进行 数值模拟的计算公式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114254572 A 2其中， αg为气体的体积分数， ρg为气体的密度， vg为气体的速度， ΔV为控制体体积， n为 当前时间步 数， n+1为 下一时间步， n为控制体的面法向矢量， ΔS为控制体的表面积， Rgp为气 体和颗粒之间的曳力， g为重力加速度， Pg为气体的压力， I为单位张量， τg为气体粘性剪切 力。 5.根据权利要求1所述的考虑污染物沉积 的航发压气机流场性能预测方法， 其特征在 于， 根据插值物理量性质的不同， 插值数据分为： 非守恒量和守恒量； 所述非守恒量表示耦 合界面所传递的数据量总和不相等； 所述守恒量表示耦合界面传递的数据量总和必须相 等。 6.一种考虑污染物沉积的航发压气机流场性能预测系统， 其特 征在于， 包括： 三维几何模型及边界条件建立模块， 用于建立三维几何模型并设立边界条件； 所述三 维几何模型包括： 叶片、 机匣、 轮毂以及气流 通道的颗粒三维几何模型； 颗粒的空间分布确定模块， 用于基于所述三维几何模型， 对气体 ‑颗粒两相流进行数值 模拟， 得到 颗粒的空间分布； 表面颗粒提取模块， 用于基于所述颗粒的空间分布， 对表面颗粒进行提取； 曲面重构模块， 用于采用Delaunay三角剖分算法对提取的表面颗粒进行曲面重构； 匹配模块， 用于对重构后的曲面的两端流场网格和固场网格进行匹配， 得到耦合界面； 插值模块， 用于采用插值 算法对耦合界面之间的数据进行交换。 7.根据权利要求6所述的考虑污染物沉积 的航发压气机流场性能预测系统， 其特征在 于， 所述颗粒的空间分布确定模块具体包括： 第一数值模拟单 元， 用于采用光滑离 散颗粒流体动力学 方法对颗粒进行 数值模拟； 第二数值模拟单 元， 用于采用有限体积方法对气流场进行 数值模拟。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114254572 A 3