基于凹槽射流的流动控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于凹槽射流的流动控制方法及装置，在叶片顶部且距叶片边缘预设距离的叶弦位置开贯通凹槽，以形成开槽射流，其中，方法包括以下步骤：根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线；根据凹槽的宽度和叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线；根据第一控制方程曲线和第二控制方程曲线分别控制凹槽的两边型线，以控制凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。该方法可以在保证叶片能量特性的同时，显著衰弱叶顶间隙泄漏涡，从而优化了流道内流动形态，并且开槽结构简单，易实现，可以更好的保证采用叶片的各类叶轮的高效稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于凹槽射流的流动控制方法及装置
本专利技术涉及叶轮叶片
，特别涉及一种基于凹槽射流的流动控制方法及装置。
技术介绍
能源是人类生存和发展的根本，如何利用和转换能源成为人类关注的热点问题之一。叶轮叶片作为能源的核心转换设备，其性能优劣对能量转换效率具有关键性影响。其中，叶顶间隙是叶片顶部与壳体内壁之间的间隙，其尺寸通常较小，但其引起的泄漏流动和旋涡运动等现象对叶轮内部流动形态具有重要影响，并进而影响叶轮的运行效率和稳定性。目前，针对叶顶间隙流动的机理已经展开了较为深入的研究，但对于叶轮内叶顶间隙流动控制的方法还很少见。为优化叶轮内流动形态，降低间隙泄漏涡对其性能的影响，迫切需要流动控制的新方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于凹槽射流的流动控制方法，可以更好的保证采用叶片的各类叶轮的高效稳定运行。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于凹槽射流的流动控制装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于凹槽射流的流动控制方法，在叶片顶部且距叶片边缘预设距离的叶弦位置开贯通凹槽，以形成开槽射流，其中，所述方法包括以下步骤：根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线；根据所述凹槽的宽度和所述叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线；根据所述第一控制方程曲线和所述第二控制方程曲线分别控制所述凹槽的两边型线，以控制所述凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得所述开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。本专利技术实施例的基于凹槽射流的流动控制方法，可以根据第一控制方程曲线和第二控制方程曲线分别控制凹槽的两边型线，以控制凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，在保证叶片能量特性的同时，显著衰弱了叶顶间隙泄漏涡，从而优化了流道内流动形态，更好的保证采用叶片的各类叶轮的高效稳定运行。另外，根据本专利技术上述实施例的基于凹槽射流的流动控制方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一控制方程曲线为其中，t3为所述第一曲线对应的所述叶片的厚度，b为二次函数系数，z为笛卡尔坐标系中z轴方向坐标。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第二控制方程曲线为：其中，t4为所述第二曲线所对应的所述叶片的厚度,w为凹槽宽度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：调整所述凹槽的深度，以根据所述二次函数系数、所述凹槽的宽度、所述凹槽的深度、所述旋转角度保证所述开槽射流与所述主泄漏涡的作用效果。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽的深度为所取叶顶间隙值的20％-50％，且所述预设距离的叶弦位置为距叶片前缘10％-30％叶弦的位置。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于凹槽射流的流动控制装置，在叶片顶部且距叶片边缘预设距离的叶弦位置开贯通凹槽，以形成开槽射流，其中，所述装置包括：第一获取模块，用于根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线；第二获取模块，用于根据所述凹槽的宽度和所述叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线；控制模块，用于根据所述第一控制方程曲线和所述第二控制方程曲线分别控制所述凹槽的两边型线，以控制所述凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得所述开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。本专利技术实施例的基于凹槽射流的流动控制装置，可以根据第一控制方程曲线和第二控制方程曲线分别控制凹槽的两边型线，以控制凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，在保证叶片能量特性的同时，显著衰弱了叶顶间隙泄漏涡，从而优化了流道内流动形态，更好的保证采用叶片的各类叶轮的高效稳定运行。另外，根据本专利技术上述实施例的基于凹槽射流的流动控制装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一控制方程曲线为其中，t3为所述第一曲线对应的所述叶片的厚度，b为二次函数系数，z为笛卡尔坐标系中z轴方向坐标。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第二控制方程曲线为：其中，t4为所述第二曲线所对应的所述叶片的厚度,w为凹槽宽度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：调整模块，用于调整所述凹槽的深度，以根据所述二次函数系数、所述凹槽的宽度、所述凹槽的深度、所述旋转角度保证所述开槽射流与所述主泄漏涡的作用效果。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽的深度为所取叶顶间隙值的20％-50％，且所述预设距离的叶弦位置为距叶片前缘10％-30％叶弦的位置。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于凹槽射流的流动控制方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的凹槽两边型线的示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的叶片三维形状和凹槽结构的示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的基于凹槽射流的流动控制方法的仿真计算结果示意图；图5为根据本专利技术实施例的基于凹槽射流的流动控制装置的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于凹槽射流的流动控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于凹槽射流的流动控制方法。图1是本专利技术实施例的基于凹槽射流的流动控制方法的流程图。如图1所示，该基于凹槽射流的流动控制包括以下步骤：在步骤S101中，根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线。其中，在本专利技术的一个实施例中，第一控制方程曲线为其中，t3为第一曲线对应的叶片的厚度，b为二次函数系数，z为笛卡尔坐标系中z轴方向坐标，即沿叶片厚度方向坐标。可以理解的是，如图2所示，本专利技术实施例为了控制射流速度和射流方向，凹槽的两边型线可以由两条基于二次函数的曲线控制，使得凹槽宽度w从叶片正面到背面逐渐减小。其中，边线3控制方程，即第一控制方程曲线为t3为边线3所对应的叶片厚度，本专利技术实施例可以通过改变b的取值可实现不同的边线形式,其中在步骤S102中，根据凹槽的宽度和叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线。其中，在本专利技术的一个实施例中，第二控制方程曲线为：其中，t4为第二曲线所对应的叶片的厚度，w为凹槽宽度。可以理解的是，如图2所示，在凹槽结构中，边线4控制方程，即第二控制方程曲线是由曲线绕A点旋转角度α得到，t4为边线4所对应的叶片厚度，b取值与第一控制方程曲线中一致，在步骤S103中，根据第一控制方程曲线和第二控制方程曲线分别控制凹槽的两边型线，以控制凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，本专利技术实施例的方法还包括：调整凹槽的深度，以根据二次函数系数、凹槽的宽度、凹槽的深度、旋转角度保证开槽射流与主泄漏涡的作用效果。可以理解的是，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，在叶片顶部且距叶片边缘预设距离的叶弦位置开贯通凹槽，以形成开槽射流，其中，所述方法包括以下步骤：根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线；根据所述凹槽的宽度和所述叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线；以及根据所述第一控制方程曲线和所述第二控制方程曲线分别控制所述凹槽的两边型线，以控制所述凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得所述开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。

【技术特征摘要】
1.一种基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，在叶片顶部且距叶片边缘预设距离的叶弦位置开贯通凹槽，以形成开槽射流，其中，所述方法包括以下步骤：根据叶片厚度得到基于二次函数的第一控制方程曲线；根据所述凹槽的宽度和所述叶片厚度得到基于二次函数的第二控制方程曲线；以及根据所述第一控制方程曲线和所述第二控制方程曲线分别控制所述凹槽的两边型线，以控制所述凹槽的宽度从叶片正面到叶片背面逐渐减小，使得所述开槽射流与主泄漏涡形成近直角冲击，减弱泄漏涡。2.根据权利要求1所述的基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，所述第一控制方程曲线为其中，t3为所述第一曲线对应的所述叶片的厚度，b为二次函数系数，z为笛卡尔坐标系中z轴方向坐标。3.根据权利要求2所述的基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，所述第二控制方程曲线为：其中，t4为所述第二曲线所对应的所述叶片的厚度，w为凹槽宽度。4.根据权利要求3所述的基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，还包括：调整所述凹槽的深度，以根据所述二次函数系数、所述凹槽的宽度、所述凹槽的深度、所述旋转角度保证所述开槽射流与所述主泄漏涡的作用效果。5.根据权利要求4所述的基于凹槽射流的流动控制方法，其特征在于，所述凹槽的深度为所取叶顶间隙值的20％-50％，且所述预设距离的叶弦位置为距叶片前缘10％-30％叶弦的位置。6.一种基于凹槽射流的流动控...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭磊，刘亚斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11