一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102094847A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102094847A(43)申请公布日2011.06.15(21)申请号201010623606.2(22)申请日2010.12.30(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人季路成伊卫林田勇刘艳明(51)Int.Cl.F04D29/38(2006.01)F04D29/52(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法(57)摘要本发明涉及一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，属于叶轮机械技术领域。本发明方法根据若干位置处叶片与端壁连接曲线的最小曲率半径以及端壁面径向倾角，拟合或插值确定连接曲线最小曲率半径以及端壁面径向倾角的沿流向分布规律，并沿流向取足够多的截面，将截面内叶片与端壁用所确定的端区叶片与端壁连接曲线形式进行光滑连接，形成的曲线簇包络成叶片端壁融合表面，完成叶片与端壁的融合。该方法提高了叶轮机负荷能力，达到叶轮机械抑制角区分离、降低流动损失的目的，使得在叶轮机械设计阶段能更有效的对角区流动进行组织，提升叶轮机气动性能；不仅适用于叶轮机叶片，同样适用于飞机机翼与机身的融合。CN1029487ACCNN110209484702094853A权利要求书1/1页1.一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：具体实现步骤为：步骤1，采取常规方法确定叶轮机械子午流道和叶片型面；步骤2，沿步骤1确定的子午流道中流向方向，从叶片前缘到尾缘，选择若干位置作横断面；在横断面内，判定各横断面内叶片表面和端壁表面交汇角区附面层厚度；步骤3，根据步骤2得到的各个角区附面层厚度，确定各横断面位置处叶片表面与端壁表面的连接曲线形式以及该连接曲线的最小曲率半径；确定最小曲率半径的具体方法为：用δmax代表某一流向位置S处角区附面层厚度值，Ps代表当地栅距，则叶片与端壁交接角隅光滑连接的曲线最小曲率半径Rmin满足0.2δmax＜Rmin＜0.5PS，且在叶片尾缘处Rmin可退化为0；其中，同一流向位置S处叶片吸力面与端壁连接曲线、叶片压力面与端壁连接曲线的最小曲率半径可以不同；步骤4，根据步骤2所选定的若干位置和步骤3确定的这些位置处叶片与端壁连接曲线的最小曲率半径，拟合或插值确定连接曲线最小曲率半径Rmin沿流向分布规律，以便给出任何流向位置处的连接曲线；步骤5，在步骤2所选定的若干位置处人为给定端壁面径向倾角α，其取值范围为-20°＜α＜+20°；步骤6，根据步骤2所选定的若干位置和步骤5确定的这些位置处的端壁面径向倾角α，拟合或插值确定端壁面径向倾角α沿流向分布规律；步骤7，根据步骤3、步骤4和步骤6所确定的端区叶片与端壁连接曲线形式、连接曲线最小曲率半径Rmin、端壁面径向倾角α的沿流向分布规律，沿流向取足够多的截面，将截面内叶片与端壁进行光滑连接；由此形成的曲线簇包络成叶片端壁融合表面，完成叶片与端壁的融合。2.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：步骤2中判定各横断面内叶片表面和端壁表面交汇角区附面层厚度的方法为附面层估算理论方法、三维计算流体力学方法、实验测量方法三者之一。3.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：步骤3所述的曲线形式可为任意形状的光滑曲线，其最小曲率半径的选取影响附面层分离性能。4.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：最小曲率半径Rmin沿流向分布规律表现为光滑曲线。5.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：端壁面径向倾角α沿流向分布规律表现为光滑曲线。6.根据权利要求1所述的一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，其特征在于：步骤1-步骤7所述的方法不仅适用于叶轮机叶片，同样适用于飞机机翼与机身的融合。2CCNN110209484702094853A说明书1/3页一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种叶轮机械叶片与端壁融合设计方法，属于叶轮机械技术领域。背景技术[0002]叶轮机中，在与拟流向正交的准正交面内(S3流面)，四个交接角隅A、B、C和D由叶片E与端壁F相交形成，见图1所示。其流动以叶表附面层和端壁附面层相交汇为主要特征，尤其在叶片吸力面与端壁所形成的两个角隅A和B，这里不但有叶表吸力面附面层与端壁附面层，还有压力面和吸力面之间压差驱动并受端壁阻滞的二次流动，常常出现分离。而一旦出现分离，叶轮机性能将恶化，效率下降、随流量减小分离尺度急剧扩大、负荷能力降低。因此，如何合理有效组织角区流动具有重要意义。[0003]叶片E与端壁F交接角隅几何构型对角区流动组