(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 202210726424.0 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 张伟昊　穆雨墨　王宇凡　 (74)专利代理 机构 四川省方圆智云知识产权代 理事务所(普通 合伙) 51368 专利代理师 王悦 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种向心 涡轮非稳态相似方法 (57)摘要 本发明提供一种向心涡轮非稳态相似 方法， 结合现有的稳态相似准则， 以及向心涡轮的重要 非稳态特征， 建立适用于涡 轮非稳态过程的时变 相似准则数， 包括时变膨胀比以及时变比转速； 根据无量纲条件 下时变相似准则的一致性， 确定 实验条件下时间尺度以及输入气动热力条件变 化规律， 包括进口总压、 进口总温、 出口背压和转 速。 采用本方法， 可 以更好的保证非稳态实验准 确有效的反映向心涡轮实际非稳态过程， 降低实 验成本。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 114912227 A 2022.08.16 CN 114912227 A 1.一种向心涡轮非稳态相似方法， 其特征在于： 结合现有的稳态相似准则， 以及向心涡 轮的重要非稳态特征， 建立适用于涡轮非稳态过程的时变相似准则数， 包括时变膨胀比以 及时变比转速； 根据无量纲条件下时变相似准则的一致性， 确定实验条件下时间尺度以及 时变输入气动热力条件 包括进口总压、 进口总温、 出口背压和转速 。 2.根据权利要求1所述的一种向心 涡轮非稳态相似方法， 其特 征在于， 具体包括： 提出无量纲时间尺度下的相似准则： (1)膨胀比 (2)比转速 其中， t表示时间， 加上标星号t*表示无量纲时间， p1t为涡轮进口总压， p2t为涡轮出口总 压； n表示 转速， 表示流量， Pad表示涡轮等熵 功； 根据要获得的非稳态过程A 的进口总温和总压、 出口总压或出口背压以及转速时序变 化规律， 以及非稳态过程B起始点的进口总温和出口总压或出口背压， 使用非稳态相似方 法， 即可获得待求过程B条件下的全部 输入参数， 非稳态相似方法具体步骤为： 第一步， 分别选定非稳态过程A和B的任意对应时刻， 作为起始时刻， 该时刻的进口总温 和出口总压或出口背压 视为温度参 考量Tref和压力参 考量pref； 第二步， 根据非稳态过程A和B的温度 参考量Tref， 确定时间参考量tref的对应关系， 从而 确定整个过程的时间跨度； 其中， uref表示速度参考量， Lref表示长度参考量， γref表示比热参考量， Tref表示温度参 考量； ku表示速度系数， kL为长度系数； 第三步， 根据非稳态过程中无量纲进口总温以及出口总压或出口背压的一致性， 根据A 过程进口总温以及出口总压或出口背压的时序变化， 确定B过程进口总温以及出口总压/背 压的时序变化 规律； (T1t(t*)/Tref)A＝(T1t(t*)/Tref)B (p2t(t*)/pref)A＝(p2t(t*)/pref)B 或(p2(t*)/pref)A＝(p2(t*)/pref)B 第四步， 根据非稳态过程中膨胀比和比转速的相似准则， 确定B过程的进口总压以及转 速的时序变化 规律， 从而获得全部所需的输入参数； 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114912227 A 2一种向心涡轮非稳态相似方 法 技术领域 [0001]本发明提供一种向心 涡轮非稳态相似方法， 属于涡轮技 术领域。 背景技术 [0002]涡轮是发动机中必不可少的重要核心部件， 其气动性能可显著影响发动机的工作 状态以及能量转换效率。 根据进气方式的不同， 可将涡轮划分为轴流式涡轮和向心式涡轮 两大类。 其中， 向心式涡轮具有 结构简单， 运行范围较宽等特点， 目前已在航空航 天， 车用舰 船等领域得到广泛的应用。 [0003]通常， 向心涡轮气动性能分析与设计体系是基于稳定工作状态(稳态)下建立的， 但涡轮的全工作包线中， 还包括一种可能显著偏离于非稳态过程， 通常发生在起动， 制动等 特殊工作状态。 针对非稳态过程中的涡轮瞬态特征的相关研究， 目前国内还处于起步阶段， 国外的公开文献也相对较少， 亟需开展针对向心涡轮典型非稳态过程的相关实验， 以充分、 全面的把握非稳态过程中的涡轮性能。 [0004]在相关领域， 帝国理工大学[1]已开展过涡轮增压器 的非稳态涡轮实验， 以研究时 变来流条件对涡轮非稳态气动性能的影响。 这些实验是在脉冲进气涡轮实验台进行 的， 即 通过调节脉冲装置保证所需的非稳态涡轮来流条件。 然而， 帝国理工大学各位学者所采用 的相似准则是基于稳态方法的， 并没有考虑到时间尺度上 的相似缩放问题， 这导致了高低 温工况下非稳态特性， 尤其是迟滞效应具有明显的差异。 [0005]中国北方发动机研究所[2]的相关研究指出， 当来流温度/压力等参数呈正弦周期 性变化时， 可结合St数(Strhouhal  Number)建立不同工作环境下时间尺度的对应关系 。 该 准则数反映参数变化周期时间长度及工质传播速率， 定义为压力时序变化频率与转速的比 值。 但是， 一般的向心涡轮非稳态过程可能不具有明确的周期性， 这种依据St数的相似方法 也不再适用。 [0006]目前， 针对非稳态相似的研究还处于刚刚起步阶段， 很难查到可以参考的理论与 成果， 这恰 恰又是开展涡轮非稳态实验的痛点， 亟需提炼工程 适用的相似方法。 发明内容 [0007]本发明旨在 提供一种向心涡轮非稳态性能相似方法， 用于指导实验室条件下的向 心涡轮性能实验。 [0008]本发明的技术手段： 结合现有的稳态相似准则， 以及向心涡轮的重要非稳态特征， 建立适用于涡轮非稳态过程的时变相似准则数， 包括时变膨胀比以及时变比转速； 根据无 量纲条件下时变相似准则的一致性， 确定实验条件下时间尺度以及时变输入气动热力条件 包括进口总压、 进口总温、 出口背压和转速 。 [0009]在可压缩、 绝热、 以及忽略重力对向心涡轮气动性能影响下， 稳态条件下影响涡轮 流场流动与性能的参数包括： [0010]机械参数： 级平均直径D， 转子转速n说　明　书 1/5 页 3 CN 114912227 A 3