一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110608191A(43)申请公布日2019.12.24(21)申请号201910888234.7(22)申请日2019.09.19(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人谭磊刘明(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人王艳斌(51)Int.Cl.F04D29/24(2006.01)F04D29/22(2006.01)F04D1/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵(57)摘要本发明公开了一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵，叶片泵的每一级由叶轮及与之配合的导叶组成，叶片泵叶轮的叶片包括：进口角、型线和出口角，其中，叶片在延伸方向上具有第一端和第二端，第一端连接进口角，第二端连接出口角；叶片的进口角由基于奥森涡的设计方法进行确定；叶片的型线和出口角由正反问题迭代方法进行确定。基于奥森涡的叶片设计方法利用奥森涡模型确定上级导叶的下游流场，通过叶片进口的速度三角形确定位于上级导叶下游流场的叶片进口角。根据本发明实施例的叶片泵，可以有效减小叶轮进口的冲击损失，提高多级叶片泵的扬程和效率。CN110608191ACN110608191A权利要求书1/2页1.一种叶片泵的叶片，其特征在于，包括：进口角和出口角，叶片在延伸方向上具有第一端和第二端，所述第一端连接所述进口角，所述第二端连接所述出口角，所述第一端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间形成的所述进口角由基于奥森涡的设计方法进行确定，所述第二端的轴面流线的切线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的出口角由正反问题迭代方法进行确定；和型线，所述叶片的轴面流线的切线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的安放角沿相对轴面流线的分布规律由正反问题迭代方法进行确定。2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述奥森涡模型确定的上级导叶的下游流场中流动速度沿圆周方向分量的分布规律为：其中，ν为多级叶片泵中输运的流体的运动粘度，rs为所述上级导叶在轮缘处的半径，rh为所述上级导叶在轮毂处的半径，ΓD为所述上级导叶在导叶叶片出口处的速度环量，L为对应于所述上级导叶下游的轴面流线上预定位置与上级导叶叶片出口之间的距离，cm4为所述上级导叶下游的流动速度沿轴面流线方向的分量，r为所述上级导叶下游流场中预定位置处的半径，t0为根据上级导叶结构确定的参数。3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，通过叶片进口的速度三角形确定所述进口角，公式为：其中，cm5为所述叶片在进口处的流动速度沿轴面流线方向的分量，u5为所述叶片在进口处的圆周速度，cu5为所述的利用奥森涡模型确定的位于上级导叶下游流场的叶片进口处流动速度沿圆周方向的分量。4.根据权利要求3所述的叶片，其特征在于，叶片进口角的分布规律为：5.根据权利要求1-2任一项所述的叶片，其特征在于，每一级对应位置的所述叶片进口角与级数呈反比。6.一种叶片泵的叶片设计方法，其特征在于，叶片为权利要求1-5任一项所述的叶片泵的叶片，其中，所述方法包括以下步骤：确定在延伸方向上的所述第一端和所述第二端；基于奥森涡的设计方法进行确定所述第一端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间形成的所述进口角，并由正反问题迭代方法进行确定所述第二端的轴面流线的切2CN110608191A权利要求书2/2页线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的出口角；基于正反问题迭代方法进行确定所述叶片的轴面流线的切线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的安放角沿相对轴面流线的分布规律。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述奥森涡模型确定的上级导叶的下游流场中流动速度沿圆周方向分量的分布规律为：其中，ν为多级叶片泵中输运的流体的运动粘度，rs为所述上级导叶在轮缘处的半径，rh为所述上级导叶在轮毂处的半径，ΓD为所述上级导叶在导叶叶片出口处的速度环量，L为对应于所述上级导叶下游的轴面流线上预定位置与上级导叶叶片出口之间的距离，cm4为所述上级导叶下游的流动速度沿轴面流线方向的分量，r为所述上级导叶下游流场中预定位置处的半径，t0为根据上级导叶结构确定的参数。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过叶片进口的速度三角形确定所述进口角，公式为：其中，cm5为所述叶片在进口处的流动速度沿轴面流线方向的分量，u5为所述叶片在进口处的圆周速度，cu5为所述的利用奥森涡模型确定的位于上级导叶下游流场的叶片进口处流动速度沿圆周方向的分量。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，叶片进口角的分布规律为：10.根据权利要求6-7任一项所述的方法，其特征在于，每一级对应位置