[發明專利]一種仿生抗空化軸流式葉輪設計方法

有效

• 申請號: 202110771227.6
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113553671B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 曹琳琳;趙國壽;伍銳;徐鎧傈;梁寧;吳大轉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;F04D29/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

1.一種仿生抗空化軸流式葉輪設計方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1：根據軸流泵的流量、揚程和空化要求，初步計算確定葉輪直徑、輪轂比、轉速、葉片數、各剖面翼型安放角、弦長與厚度；根據各剖面翼型的弦長確定葉片的軸向尺寸，再根據葉輪直徑、輪轂比、葉片的軸向尺寸初步確定葉片子午面；

S2：根據葉片設計載荷分布確定空化發展的展向位置與覆蓋尺寸；

S3：在葉片空化主要發展區域進行仿生凸結的設計，包括結合葉片展向流動特征確定仿生凸結在展向的特征尺寸比θ分布，以及確定凸結數目N、波長λ、波幅A；

所述仿生凸結具體為將葉片前緣空化發展主要區域設計成近似有規律的、凹凸起伏的波浪狀前緣，每一個凸起的部分定義為一個凸結，在二維構型中，定義相鄰凸結的波峰之間的距離為波長λ，一個凸結的相鄰波峰與波谷間垂直距離的一半為波幅A，其特征尺寸比θ= A/λ；

S4：根據凸結數目N、波長λ、波幅A，在所述葉片子午面的前緣進行仿生凸結的二維構型；

S5：在凸結的波峰和波谷處設置span面進行翼形剖面厚度控制，單個凸結至少有三個span面覆蓋；

S6：對葉片的所有span面進行加厚，相鄰凸結波峰與波谷span面最大厚度與最大厚度位置須結合該剖面弦長協同設計，若出現葉片局部隆起或不光順，通過微調該剖面凸結構型、葉片安放角和span面的厚度分布進行再次構型，直到滿足凸結前緣相鄰的波峰和波谷位置葉片平滑，以及整個葉片厚度變化均勻，葉片光順自然過渡；

S7：將單個葉片陣列，補上輪轂，完成葉輪設計。

2.根據權利要求1所述的仿生抗空化軸流式葉輪設計方法，其特征在于，所述仿生凸結的特征尺寸比θ的取值范圍為0.2~0.6，且靠近葉頂區域取較大值，從而提高凸結對流動的控制能力。

3.根據權利要求1所述的仿生抗空化軸流式葉輪設計方法，其特征在于，所述凸結數目N為3~10，波長λ=L/N，其中L為葉片空化區域的展向長度。

4.根據權利要求1所述的仿生抗空化軸流式葉輪設計方法，其特征在于，在所述仿生凸結二維構型時將所述仿生凸結近似為正弦曲線。

5.一種由權利要求1~4中任意一項的設計方法得到的仿生抗空化軸流式葉輪，其特征在于，該葉輪包括輪轂和繞輪轂陣列布置的多個葉片，所述葉片的前緣包括若干個仿生凸結；

所述仿生凸結具體為近似有規律的、凹凸起伏的波浪狀前緣，每一個凸起的部分定義為一個凸結。