一种水力机械叶片空蚀位置预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115292831A(43)申请公布日2022.11.04(21)申请号202210843844.7(22)申请日2022.07.18(71)申请人中国农业大学地址100193北京市海淀区圆明园西路2号(72)发明人朱迪吴延昭靳发业陶然肖若富(74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司11002专利代理师耿琦(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06T17/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种水力机械叶片空蚀位置预测方法(57)摘要本发明提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，包括：针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；基于空化涡脱落特征频率和三维模型，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵；基于空化模型，对监测点阵进行数值模拟计算，得到监测点阵的空化体积分数；基于监测点阵的空化体积分数和空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；基于叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。本发明通过沿叶片表面法向设置监测点阵，快速准确地预测水力机械的叶片空蚀位置，对降低空蚀破坏和提高水力机械使用寿命具有重要意义。CN115292831ACN115292831A权利要求书1/1页1.一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，包括：针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，其中，所述监测点阵包括至少一层点阵；基于所述空化模型，对所述监测点阵进行数值模拟计算，得到所述监测点阵的空化体积分数；基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；基于所述叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。2.根据权利要求1所述的水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，所述基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，包括：基于所述空化涡脱落特征频率，沿叶片表面法向设置距离叶片表面不同距离的监测点阵的点阵层；其中，所述监测点阵的密度按照如下经验公式给定：其中，LP为点阵中相邻两点间距的平均值；cs为经验系数；V∞为叶轮外径圆周速度；fcav为空化涡脱落特征频率。3.根据权利要求1所述的水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，所述基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图，包括：基于所述监测点阵的空化体积分数，针对所述监测点阵的任一监测点位，选取任一个空化变化周期，将所述一个空化变化周期平均分为至少一个时间段；求取每个时间段内的空化体积分数峰峰值；其中，所述空化体积分数峰峰值为每个时间段内空化体积分数最大值与空化体积分数最小值之差；基于所述每个时间段内的空化体积分数峰峰值，得到所述空化体积分数峰峰值的平均峰峰值；将各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面并进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度；基于所述叶片表面的空蚀强度，绘制出叶片表面的强度云图。4.根据权利要求3所述的水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，所述将各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面并进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度，包括：求取各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度；将所述各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度。2CN115292831A说明书1/6页一种水力机械叶片空蚀位置预测方法技术领域[0001]本发明涉及水力机械领域，尤其涉及一种水力机械叶片空蚀位置预测方法。背景技术[0002]水力机械作为一种常见的通用机械，在水力机械运行过程中，空化一直是影响机组运行稳定性的重要问题，在叶片式水力机械中，空化问题尤为突出。空化是指液体局部位置的压力降低到汽化压力之下时，液体开始产生液‑气相变生成大量气泡，气泡随压力的变化而初生、发展、溃灭的现象。在靠近叶片表面的位置，空泡溃灭产生的冲击波会在叶片表面形成蜂窝状的孔洞，形成空蚀，对叶片的材料造成破坏，严重影响水力机械的使用寿命。[0003]目前可以采用计算流体动力学方法对流动内的空化进行很好的数值模拟，但是对于空蚀位置的预测，还缺乏快速准确的方法。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，用以解决现有技术中无法快速准确预测水力机械叶片空蚀位置的问题，通过数值模拟，利用空化体积分数峰峰值，计算出空化对叶片表面的空蚀强度，快速准确预测水力机械叶