具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种两级增压系统高低压级压气机的仿真方法，参照图1，包括：

S10、构建两级增压系统中高低压级压气机及级间管路的仿真模型，设置基础的计算边界条件，并对所建立的仿真模型进行校核验证；

S20、仿真模型校验合格后，通过CFD软件对低压级压气机进行三维数值计算，得到低压级压气机出口不均匀流场的压力分布数据；

S30、对高压级压气机进口设置均匀进气条件，通过CFD软件对高压级压气机进行三维数值计算，得到均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果；

S40、对高压级压气机进口设置步骤S20中的低压级压气机出口不均匀流场的压力分布数据，通过CFD软件对高压级压气机进行三维数值计算，得到非均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果；

S50、将步骤S30中的均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果和步骤S40中的非均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果进行比较，得到均匀进气条件和非均匀进气条件下高压级压气机的对比分析结果，得出复杂流动条件对高压级压气机性能的影响。

本实施例中，该仿真方法步骤较为简便，设置条件合理；在实际工作中，两级增压系统高低压级压气机之间存在相互影响，该方法可准确模拟低压级压气机出口非均匀流场与级间弯扭管道耦合畸变对高压级压气机性能的影响，并实现对该影响的定量和定性分析，基于分析结果可指导改进如何削弱该影响，进一步提高匹配两级增压系统的发动机性能。

进一步地，该方法还包括：S60、根据步骤S50中的对比分析结果，在高压级压气机进口添加相应的导流栅结构，改善压气机的进口流场。可消除该影响，提高匹配两级增压系统的发动机性能。

下面分别对上述各个步骤进行详细的说明：

上述步骤S10中，通过三维建模软件和CFD软件建立两级增压系统高低压级压气机及级间管路模型，参照图2，本发明实施例中以A侧高低压级压气机为例，通过CFD软件建立仿真模型。

本发明实施例中压气机叶轮网格模型的建立，参照图3，本实施例从级间管路进口截面开始至压气机蜗壳出口截面拆分为了5个子区，其中1为弯扭管道进口；2为叶轮进口；3为叶轮出口；4为扩压器出口；5为蜗壳出口，蜗壳出口段由于几何变化相对均匀，采用一个网格块填充；对于蜗壳出口段及0截面之间的区域，同样采用一个网格块进行填充，以进行独立控制；

基础边界条件的设置：本实施例中选择Perfect air、S-A湍流模型，交界面采用完全非匹配混合平面法；对于进出口及固壁面条件如下：低压级压气机进口设置为大气条件，出口面设置静压；高压级压气机入口加载低压级压气机出口的总压平均值，出口加载流通流量，保证高低压级压气机流通流量一致；固壁面给定绝热无滑移边界，且给定转子叶片和轮毂的相应转速，其余壁面为静止壁面。

对所建立的仿真模型进行校核验证：本发明实施例中利用CFD软件进行三维数值计算得出仿真结果与实际实验结果进行对比，参照图4a压比特性曲线，分别在60kr/min、70kr/min、80kr/min情况下的曲线，可以看出，流通流量仿真值与实验值最大偏差在6％左右；参照图4b效率特性曲线，分别在60kr/min、70kr/min、80kr/min情况下的曲线，效率仿真值与实验值的最大偏差在5％左右，表明压气机仿真结果的准确度较高；本实施例中，比如流通流量仿真值与实验值最大偏差在7％以内，效率仿真值与实验值的最大偏差在6％以内，认定仿真模型校验合格；仿真模型校验合格的阈值，也可根据实际情况进行调整。

上述步骤S20中，通过CFD软件对低压级压气机进行三维数值计算，得到低压级压气机出口不均匀流场的压力分布数据；

本发明实施例中设置低压级压气机进口为大气条件，出口采用静压和流量边界，得到的低压级压气机出口不均匀流场的压力分布数据参照图5。

上述步骤S30中，对高压级压气机进口设置均匀进气条件，通过CFD软件对高压级压气机进行三维数值计算，得到均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果。

上述步骤S40中，对高压级压气机进口设置步骤S20中的低压级压气机出口不均匀流场的压力分布数据，通过CFD软件对高压级压气机进行三维数值计算，得到非均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果。

上述步骤S50中，将步骤S30中的均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果和步骤S40中的非均匀进气条件下高压级压气机的仿真结果进行比较，得到均匀进气条件和非均匀进气条件下高压级压气机的对比分析结果，探究出复杂流动条件对高压级压气机性能的影响。

本发明实施例中得到的均匀进气条件和非均匀进气条件下高压级压气机的对比分析结果：

图6为均匀进气和非均匀进气条件下高压级效率特性曲线，可以看出本实施例中的均匀进气和非均匀进气条件对高压级的效率和压比影响不大，两者效率相差约0.65％，压比相差约为0.26％。为了对高压级的性能进行研究，需要深入研究高压级压气机内部的流动情况。

本发明实施例继续对高压级压气机内部流动进行分析：图7为均匀进气条件和非均匀进气条件下高压级压气机叶轮90％叶高处的熵增云图。可以看出，90％叶高处泄漏流动损失很大。对比均匀进气和非均匀进气条件下的熵增分布情况，可以看出高熵区域的范围大小和强度十分接近，说明两者损失大小差异很小。但是对于非均匀进气条件，高熵区域整体向右偏移了半个叶片槽道的距离，说明非均匀进气条件能够影响叶片槽道上游的高熵区域的分布位置。

上述步骤S60中，为提升高压级压气机的性能，考虑在高压级压气机进口添加相应的结构，从而改善压气机的进口流场。本发明实施例中采取在高压级压气机进口的高静压区域添加导流栅的方法，通过减小气流流通截面积，使气流流速增加、压力下降，从而有效减少级间弯扭管路造成的高静压区域范围，改善弯扭管路导致的进口周向非对称流场，提高高压级压气机性能。

本发明实施例初始设计的导流栅结构，称为模型1，参照图8，其特点是在对应弯扭管路的局部高静压区域设计丁字形状导流片，安装在高压级压气机进口和级间管路出口处，利用CFD软件对带有模型1导流栅的高压级压气机进行数值分析，得到仿真结果，参照表1，可以看出采用所设计的导流栅后，高压级压气机的效率和压比均有一定提升，其中效率提升了1.16％，压比提升了0.53％。

表1添加模型1后的高压级压气机仿真结果与原模型的仿真结果对比

本发明实施例通过改变肋片的个数，对导流栅进行一定程度的优化。参照图9，分别称为模型2和模型3。利用CFD软件对带有模型2、3导流栅的高压级压气机进行数值分析，得到仿真结果，参照表2，可以看出，两种模型对导流栅性能的影响不相同，采用模型3对高压级压气机性能的提升作用更明显，说明导流栅栅格数目变化会对高压级压气机性能产生影响。

表2添加模型2、3后的高压级压气机仿真结果与原模型的仿真结果对比

本发明实施例提供的一种两级增压系统高低压级压气机的仿真方法，步骤较为简便，设置条件合理；在实际工作中，两级增压系统高低压级压气机之间存在相互影响，该方法可准确模拟低压级压气机出口非均匀流场与级间弯扭管道耦合畸变对高压级压气机性能的影响，并实现对该影响的定量和定性分析，基于分析结果可指导改进如何削弱该影响；进一步提高匹配两级增压系统的发动机性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。