(19)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 202211118468.1 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 黄维娜　邢力　雷滨　梁勇　 郑明新　李银怀　吴悠　洪侨嗣　 黎武　李晓明　徐华胜　吴磊　 陈小菲　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 周晓飞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法 (57)摘要 本发明涉及航空发动机和燃气轮机仿真领 域， 公开了一种基于上下游限制的主燃烧室仿真 方法， 通过建立基于上游压气机末级导叶、 主燃 烧室部件及下游高压涡轮导向器的多部件联合 变维仿真平台， 在主燃烧室设计仿真时创新性的 考虑了来流的影响及高压涡轮导向器喉道临界 的堵塞作用； 打破了部件壁垒， 可快速实现主燃 烧室设计中多部件、 多专业的高效协 同， 更加真 实的考虑了主燃烧室的工作场景， 提高了主燃烧 室部件在发动机设计中的匹配性， 又保证了计算 的高效性， 还能实现主燃烧室基于真实工作场景 的功能验证； 通过进行综合仿真精度评价仿真的 准确度和有效性， 提高了仿真方法在不同发动机 主燃烧室仿真中的通用性， 可实现主燃烧室的快 速、 高精度的方案设计 。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115203983 A 2022.10.18 CN 115203983 A 1.一种基于上 下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 分别建立压气机末级导叶模型、 主燃烧室模型以及高压涡轮导向器模型； S2、 分别对压气机末级导叶模型、 主燃烧室模型以及高压涡轮导向器模型进行网格划 分， 然后进行模型相邻进出口截面的拼接， 完成仿真平台搭建； S3、 给定压气机末级导叶进口二维流场参数、 主燃烧室的燃油喷射参数、 高压涡轮导向 器出口静压值， 进 行仿真迭代计算 获得主燃烧室流场， 以及获得包括燃烧效率、 总压恢复系 数、 出口温度分布、 火焰筒压降的性能参数。 2.根据权利要求1所述的基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 步骤S1中 模型建立包括： 根据所要仿 真的工况将压气 机末级导叶、 主燃烧室、 高压涡轮导向器冷态尺 寸， 以及相应材料 的热变形参数换算成热态尺寸， 使其与真实工作状态热变形后的尺寸一 致； 根据压气机末级导叶叶片数量、 主燃烧室头部数量、 高压涡轮导向器叶片数量的公约 数， 确定三部分的一个公共周期对应的扇形头 部作为扇形仿真域。 3.根据权利要求1所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 步骤 S2中三部 分模型网格按照统一坐标系进 行上下游连接， 压气 机末级导叶出口截面与主燃烧 室进口截面相 接并重合， 主燃烧室出 口截面与高压涡轮导向器进口截面相 接并重合， 相 接 面使用内部面； 内部面上使用插值法实时传递流场信息， 各模型周向上分别使用周期性边 界处理， 最终所有用于计算的网格连接成一体。 4.根据权利要求1所述的基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 步骤S2中 网格划分完成后对压气机末级导叶、 主燃烧室以及高压涡轮导向器的网格质量检查， 如果 网格畸变度小于等于相应的预设阈值时则进 行截面的拼接， 如果大于相应的预设阈值时则 需要返回重新 修改模型及网格划分。 5.根据权利要求1所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 步骤 S3仿真迭代计算过程中， 监测各项迭代残差及主燃烧室出 口空气流量和出口平均温度， 当 各参数的迭代残差、 主燃烧室出口空气流量和出口平均温度的波动均小于相应的预设阈值 时判断为计算结果收敛。 6.根据权利要求1所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 基于 对应部位压力、 温度实测值， 对步骤S3仿真获得的主燃烧室流场及性能参数进行仿真综合 精度计算， 获得可信度值， 如果可信度值在相应的预设阈值范围内， 则计算结果用于实际主 燃烧室设计。 7.根据权利要求6所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 综合 精度可信度值 s=ξ1·s1+ξ2·s2+ξ3·s3， 其中s1为压力场仿真精度， s2为温度场仿真精度， s3 为主要性能参数仿真精度； ξ1、ξ2、ξ3为系数， 且 ξ1+ξ2+ξ3=1。 8.根据权利要求7所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 压力 场仿真精度 s1用于评估二股流各位置相对火焰筒内静压压降精度、 主燃烧室内各大孔及头 部流量分配精度； 压力场仿真精度 s1的表达式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203983 A 2式中：p′i为火焰筒冷气侧第 i个测点静压实际测 量值；pi为火焰筒冷气侧第 i个测点静 压仿真值； q′i为火焰筒热侧第 i个测点静压实际测量值； qi为火焰筒热侧第 i个测点静压仿 真值；n代表总的火焰筒单侧压力测点数。 9.根据权利要求7所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 温度 场仿真精度 s2用于评估火焰筒、 机匣、 挡溅盘壁温精度， 以及主燃烧室出口温度分布情况； 温度场仿真精度 s2的表达式为： 式中：T′i为火焰筒、 机匣、 挡溅盘壁第 i个测点温度实测值； Ti为火焰筒、 机匣、 挡溅盘壁 第i个测点温度仿真值； m代表总的火焰筒单侧温度测点总数； r′为主燃烧室出口温度 RTDF 分布系数实测值； r为主燃烧室出口温度RTDF分布系数仿真值； o′为主燃烧室出口温度OTDF 分布系数实测值； o为主燃烧室出口温度OTDF分布系数仿真值， 系数 a+b+c=1。 10.根据权利要求7所述的一种基于上下游限制的主燃烧室仿真方法， 其特征在于， 主 要性能参数仿真精度 s3用于评估燃烧效率、 总压恢复系数； s3的表达式为： 式中： 为燃烧效率 实测值； 为燃烧效率仿 真值；o′为主燃烧室出口温度OTDF分布系 数实测值； o为主燃烧室出口温度OTDF分布系数仿真值， 系数 d+e=1。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203983 A 3