[發明專利]一種兼顧水力、強度性能的混流式轉輪多工況優化方法有效
| 申請號： | 201710833337.4 | 申請日： | 2017-09-15 |
| 公開（公告）號： | CN107529643B | 公開（公告）日： | 2018-09-25 |
| 發明（設計）人： | 朱國俊;羅興锜;馮建軍;郭鵬程;吳廣寬 | 申請（專利權）人： | 西安理工大學 |
| 主分類號： | G06F17/50 | 分類號： | G06F17/50 |
| 代理公司： | 西安弘理專利事務所 61214 | 代理人： | 羅笛 |
| 地址： | 710048*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 兼顧 水力 強度 性能 混流式 轉輪 工況 優化 方法 | ||
1.一種兼顧水力、強度性能的混流式轉輪多工況優化方法，其特征在于：具體包括以下步驟：
步驟1，通過采用貝塞爾曲線參數化技術，對來流有旋的轉輪全三維反問題計算方法中的葉片區相對速度矩分布邊界條件、轉輪的上冠型線以及葉片厚度分布邊界條件進行參數化控制，并得出混流式轉輪的優化設計變量，最后根據混流式轉輪的優化設計變量和來流有旋的轉輪全三維反問題計算方法獲得轉輪葉片的三維葉片翼型數據，即得轉輪葉片葉型；
步驟2，對步驟1獲得的轉輪葉片三維葉型構建多工況下的轉輪葉片水力、強度性能分析體系對其進行性能分析，獲得各工況下轉輪葉片的水力效率ηi、轉輪葉片上的最低壓力系數Cpi以及葉片上的最大等效應力σi，其中i表示工況編號，i∈(1,…,k)，k≥2，k為整數；
步驟3，對步驟2中獲得的各工況下轉輪葉片的水力效率ηi、轉輪葉片上的最低壓力系數Cpi以及葉片上的最大等效應力σi進行處理，獲得優化后的終目標函數dη(X)、dCp(X)、dσ(X)，根據所得的目標函數建立數學模型；
所述步驟1的具體過程如下：
步驟1.1，確定葉片區上冠和下環流線處的相對速度矩分布曲線；
步驟1.2，選取控制變量對整個葉片區的相對速度矩分布進行控制；
步驟1.3，選取轉輪上冠型線作為優化對象，并選取控制變量對轉輪上冠型線的幾何形狀進行參數化控制；
步驟1.4，選取控制變量控制各流面上的翼型厚度分布從而實現對轉輪葉片的厚度分布的控制；
步驟1.5，采用來流有旋的轉輪全三維反問題計算方法將步驟1.2～步驟1.4選取的控制變量生成三維葉型數據；
所述步驟1.4的具體過程如下：
首先，選取上冠流面處翼型的最大厚度作為葉片厚度分布控制變量之一，通過如下公式(1)確定葉片上冠流面處翼型的最大厚度值和下環流面處翼型的最大厚度值之間的關系：
其中，為上冠處翼型的最大厚度，為下環處翼型的最大厚度，α為常系數，α取值范圍為0.95～1.0；對于最大應用水頭Hmax≥200米的機組，α取最小值，對于最大應用水頭Hmax≤50米的機組，α取大值，對于最大應用水頭位于50米和200米間時，α按以下公式(2)進行取值：
其次，采用四點三次貝塞爾曲線對原始轉輪葉片的相對厚度分布規律曲線進行擬合，并獲得T1(xT1，yT1)、T2(xT2，yT2)、T3(xT3，yT3)、T4(xT4，yT4)四個控制點；將控制點T3、T4選為相對厚度控制的對象，為確保最大相對厚度值不變的同時只改變最大相對厚度的位置，選擇T3的橫坐標xT3作為控制變量之一，其縱坐標保持不變；此外，翼型尾部的厚度值必須由T4的縱坐標yT4控制，通過控制T3的橫坐標xT3和T4的縱坐標yT4達到了控制葉片翼型相對厚度分布規律曲線的目的；最終，通過控制變量xT3和yT4的數值達到了控制各流面上翼型厚度分布規律的目的，即實現了對葉片厚度分布的控制。
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