利索能及
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专利号: 2022102922747
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:具体包括如下步骤:步骤1,划定转轮叶片所在区域与活动导叶所在区域之间分界线I以及转轮叶片所在区域与尾水管所在区域的分界线II,将分界线I和分界线II沿转轮旋转中心回转形成分界面,将分界线I回转形成的分界面定义为转轮进口面,将分界线II回转形成的分界面定义为转轮出口面;

步骤2,采用计算流体动力学方法计算转轮进口面上一组从轮毂到轮缘的周向平均速度矩分布数据(Vur)i,并对(Vur)i进行无纲量化处理,获得转轮叶片轮缘翼型和轮毂翼型进口处的无量纲化速度矩值 和步骤3,基于步骤2中获得转轮叶片轮缘流面翼型和轮毂流面翼型进口处的无量纲化速度矩值 和 根据勺型相对速度矩分布规律曲线分别给定轮缘流面翼型和轮毂流面翼型对应的无量纲化速度矩分布曲线;

步骤4,在满足约束条件的前提下,分别给定转轮叶片轮缘流面翼型和轮毂流面翼型各自对应的参数,获得转轮叶片轮缘流面翼型和轮毂流面翼型各自对应的勺型速度矩分布规律曲线;

步骤5,在步骤4所得结果的基础上,采用线性插值方法计算得到转轮叶片轮毂至轮缘间其它流面上的速度矩分布规律曲线,即可获得双向贯流式转轮叶片全三维反问题设计时需要的叶片区域的速度矩分布规律;

步骤6,在步骤5的基础上,获得转轮叶片所在区域各流面上翼型厚度分布规律;

步骤7,基于步骤6所得结果,采用基于势、流函数法的考虑流体无粘不可压的全三维反问题设计方法即可对双向贯流式转轮叶片区域进行全三维反问题设计,设计得到的双向贯流式转轮叶片各流面上的翼型呈“S”型。

2.根据权利要求1所述的基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:所述步骤1中,令分界线I距离贯流式转轮旋转中心线的距离为l1,分界线II距离贯流式转轮旋转中心线的距离为l2,l1取值范围为(0.3~0.35)D1,l2取值范围为(0.5~

0.55)D1。

3.根据权利要求2所述的基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:所述步骤2中,采用如下公式(1)对(Vur)i进行无量纲化处理:其中,(Vur)min表示转轮进口面上周向平均速度矩分布中的最小值;

取出转轮叶片轮毂处即hr=0对应的无量纲化速度矩命名为 取出转轮叶片轮缘处即hr=1.0对应的无量纲化速度矩命名为

4.根据权利要求3所述的基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:所述步骤3中,通过一组参数Pa控制勺型速度矩分布规律曲线,这组参数Pa包括A点的纵坐标YA、B点的横坐标XB、直线段AB与纵轴的夹角α以及控制点C、D、E、F的横坐标和纵坐标,全部参数如下公式(2)所示:Pa=(α,YA,XB,XC,YC,XD,YD,XE,YE,XF,YF)   (2);

上式中,XC代表控制点C的横坐标,YC代表控制点C的纵坐标,XD代表控制点D的横坐标,YD代表控制点D的纵坐标,XE代表控制点E的横坐标,YE代表控制点E的纵坐标,XF代表控制点F的横坐标,YF代表控制点F的纵坐标。

5.根据权利要求4所述的基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:所述步骤4中,需要满足的约束包括3个,具体如下:第1个约束,点A的纵坐标YA等于翼型进口处的无量纲化速度矩值,也即在设计不同流面上的翼型时,取对应流面上翼型进口处的无量纲化速度矩值作为YA,同时α小于90度;第2个约束,点A、点B和控制点C必须位于同一条直线上,以确保直线段AB和曲线段BF在B点光滑连接;第3个约束,YF的数值必须大于YC、YD和YE,并且点B、控制点C、控制点D和控制点E的横坐标必须位于(0,1)范围内,以确保曲线段BF为单凹型曲线;

转轮叶片轮缘流面翼型和轮毂流面翼型各自对应的勺型速度矩分布规律曲线生成方法如下:

步骤4.1,根据α,YA,XB得到直线段AB的具体表达式如下式(3)所示:

y=[‑tan(90°‑α)]x+YA  (3);

直线段AB的表达式(3)确定以后,根据点B的横坐标XB即可计算出点B的纵坐标YB,然后即可根据点A的坐标(XA,YA)和点B的坐标(XB,YB)绘制直线段AB;

步骤4.2,根据点B的坐标(XB,YB)、控制点C的坐标(XC,YC)、控制点D的坐标(XD,YD)、控制点E的坐标(XE,YE)以及点F的坐标(XF,YF)可以按下式(4)计算出曲线段BF上的任意点的坐标(xt,yt),然后即可绘制出勺型速度矩分布规律曲线的曲线段BF:其中, 其中j=0,1,2,3,4;t为权系数,t∈[0,1],当t=0.0时,计算出来的坐标值对应曲线段BF的起点B的坐标;当t=1.0时,计算出来的坐标值对应曲线段BF的终点F的坐标;当t取(0,1)范围内的任意值时,计算得到的坐标值则为曲线段BF上除起点B和终点F外的某点坐标值,根据给定不同的权重值t,然后再根据公式(4)即可计算出勺型速度矩分布规律曲线的曲线段BF上的对应点,用样条曲线连接这些点即可绘制出曲线段BF,从而可获得完整的勺型速度矩分布规律曲线。

6.根据权利要求5所述的基于新型载荷分布的双向贯流式转轮叶片反问题设计方法,其特征在于:所述步骤6的具体过程为:控制点H、I、J、K控制着转轮叶片的前半部厚度分布规律曲线,控制点H、I、J、K的坐标值均已确定,根据以下公式(5)计算出翼型厚度分布规律曲线前半部分的点坐标(xh,yh):其中, 其中m=0,1,2,3;t为权系数,t∈[0,1],当t=0.0时,计算出来的坐标值对应翼型厚度分布规律曲线前半部分的起点H的坐标;当t=1.0时,计算出来的坐标值对应翼型厚度分布规律曲线前半部分的终点K的坐标;当t取(0,1)范围内任意一个数值时,计算得到翼型厚度分布规律曲线前半部分上除起点和终点外的一个点。