[發(fā)明專利]一種多級亞音速離心式透平葉輪的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710463281.8
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107152312B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚鑫;黃典貴;于登濤;狄廣強(qiáng);王乃安;羅丹
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/04;F01D9/04;G06F30/28;G06F30/10;G06F111/10
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種多級亞音速離心式透平葉輪的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，用FORTRAN語言編寫多級亞音速離心式透平一維氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，根據(jù)初始設(shè)計(jì)參數(shù)，采用完全徑向出氣為約束條件的一維氣動設(shè)計(jì)方法，通過調(diào)整第一級靜葉的速比使離心式透平級輪周效率最高，輸出最佳輪周效率對應(yīng)的一維氣動設(shè)計(jì)參數(shù)和速度三角形，初始設(shè)計(jì)參數(shù)至少包括：進(jìn)氣總溫T₀*,進(jìn)口總壓P₀*,出口背壓P₂，轉(zhuǎn)速n；

所述一維氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)程序主要包括以下步驟：

步驟S1-1：已知進(jìn)口總溫總壓出口壓力p_N、流量G₀、級數(shù)N、轉(zhuǎn)速n、徑比b、靜葉速度系數(shù)動葉速度系數(shù)ψ、噴嘴α₁；

通過調(diào)用物性參數(shù)查詢軟件Refpro9.0來獲取工質(zhì)相關(guān)物性，如由進(jìn)口總溫總壓可得到進(jìn)口總熵s₀，總焓

給定第一級靜葉速比x₁＝u₁/c_1s，x₁＝0.1～1.0，Δx＝0.02，

然后進(jìn)入步驟S1-2；

步驟S1-2：假設(shè)第一級噴嘴出口等熵焓降為Δh_1,1s，然后進(jìn)入步驟S1-3；

步驟S1-3：計(jì)算第一級靜葉參數(shù)：

p_1,1＝f(s₀,Δh_1,1s) (4)

s_1,1,ρ_1,1＝f(h_1,1,P_1,1) (7)

然后進(jìn)入步驟S1-4；

步驟S1-4：假設(shè)第一級動葉出口密度為ρ_1,2，然后進(jìn)入步驟S1-5；

步驟S1-5：計(jì)算第一級動葉參數(shù)：

D_1,2in＝D_1,1out+2δ (11)

D_1,2out＝bD_1,2in (15)

h_1,2s＝h_1,1-Δh_2s (18)

α₂＝90°,

s_1,2s＝s_1,1＝f(P_1，1,T_1，1) (23)

P_1,2＝f(s_1,2s,h_1,2s) (24)

s_1,2,ρ'_1,2＝f(P_1,2,h_1,2) (25)

然后進(jìn)入步驟S1-6；

步驟S1-6：判斷ρ_1,2與ρ'_1,2的差值的絕對值是否小于1×10^-6，當(dāng)判斷為否時，進(jìn)入步驟S1-7，判斷為是時，進(jìn)入步驟S1-8；

步驟S1-7：假設(shè)第一級動葉出口密度ρ_1,2與計(jì)算得到的ρ'_1,2相等，即：

ρ_1,2＝ρ'_1,2 (26)

然后進(jìn)入步驟S1-5；

步驟S1-8：計(jì)算輪周效率η，比較不同速比下的輪周效率η，找到最佳速比x₁及其他相應(yīng)參數(shù)，由前一級出口h_K-1,2,c_K-1,2得到第K級噴嘴前滯止焓K為2,3,4...，

h_1,2s’＝f(s₀,p_1,2) (27)

然后進(jìn)入步驟S1-9；

步驟S1-9：假設(shè)第K級靜葉出口密度為ρ_K,1，然后進(jìn)入步驟S1-10；

步驟S1-10：計(jì)算第K級靜葉參數(shù):

p_K,1＝f(s_K-1,2,h_K,1s) (32)

ρ'_k,1,s_k,1＝f(p_K,1,h_K,1) (35)

然后進(jìn)入步驟S1-11；

步驟S1-11：判斷ρ_K,1與ρ'_K,1的差值的絕對值是否小于1×10^-6，當(dāng)判斷為否時，進(jìn)入步驟S1-12，判斷為是時，進(jìn)入步驟S1-13；

步驟S1-12：假設(shè)第K級靜葉出口密度為ρ_K,1與計(jì)算得到的ρ'_K,1相等，

ρ_K,1＝ρ'_K,1 (36)

然后進(jìn)入步驟S1-10；

步驟S1-13：假設(shè)第K級動葉出口密度ρ_K,2，然后進(jìn)入步驟S1-14；

步驟S1-14：計(jì)算第K級動葉參數(shù),計(jì)算方法與第一級動葉參數(shù)一樣，然后進(jìn)入步驟S1-15；

步驟S1-15：判斷ρ_K,2與ρ'_K,2的差值的絕對值是否小于1×10^-6，當(dāng)判斷為否時，進(jìn)入步驟S1-16，判斷為是時，然后進(jìn)入步驟S1-17；

步驟S1-16：假設(shè)第K級動葉出口密度為ρ_K,2與計(jì)算得到的ρ'_K,2相等，

ρ_K,2＝ρ'_K,2 (37)

然后進(jìn)入步驟S1-14；

步驟S1-17：計(jì)算第N級靜、動葉參數(shù)，同第K級，重復(fù)步驟S1-8～S1-15，然后進(jìn)入步驟S1-18；

步驟S1-18：判斷P_N,2與P'_N,2的差值的絕對值是否小于1×10^-6，當(dāng)判斷為否時，進(jìn)入步驟S1-2，判斷為是時，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)；

當(dāng)判斷為否時，進(jìn)入步驟S1-2，對第一級噴嘴出口的等熵焓降Δh_1,1s進(jìn)行重新設(shè)定，重新設(shè)定值為Δh'_1,1s：

步驟二，根據(jù)一維氣動設(shè)計(jì)參數(shù)以及速度三角形，在ANSYS-BladeGen上，采用角度/厚度的模式，利用切線角來構(gòu)造中弧線并在中弧線上疊加厚度，通過調(diào)節(jié)角度以及厚度來改變多級亞音速離心式透平葉輪的葉片形狀；

步驟三，采用ANSYS-Geometry對葉輪葉片形狀進(jìn)行參數(shù)化；

步驟四，采用ANSYS-TurboGrid自動生成葉柵流道網(wǎng)絡(luò)；

步驟五，采用ANSYS-CFX軟件對多級亞音速離心式透平的葉柵流道進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬；以及

步驟六，采用Ansys-Design Exploration優(yōu)化算法對所述多級亞音速離心式透平的葉型參數(shù)進(jìn)行自動優(yōu)化，得到目的參數(shù)的條件下的所述多級亞音速離心式透平葉輪的最優(yōu)葉片形狀。