叶轮叶片减阻微织构的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种叶片表面减阻微织构的设计方法，属于叶片减阻领域。根据叶轮叶片模型，建立流场域；对流场域进行数值模拟仿真，得到叶片高度方向中间截面的流线图，据此确定叶片压力面、边界层分离区域和吸力面回流区域作为微织构放置区域；在微织构放置区域紧贴叶片翼型布置微织构截面，并使其在叶片表面上沿着叶片高度方向扫掠成肋条或沟槽；对建有肋条或沟槽微织构的叶片模型采用有限元仿真优化微织构的放置位置和截面形状，获得减阻最好的微织构的放置位置和截面形状，以此构造叶片表面减阻微织构。优化的叶片表面减阻微织构减阻达到5%到10%，减少了能量消耗，节约了燃油资源，减阻微织构的设计方法可推广应用到其它领域。

Design method of drag reduction micro texture of impeller blade

The invention discloses a design method of the blade surface drag reduction micro texture, which belongs to the field of blade drag reduction. According to the impeller model, establish flow field; the convection field is simulated, the middle section of the blade height direction by streamline and determine the blade pressure surface, the boundary layer separation region and the suction surface drainage area as micro texture placement area; the area close to the airfoil section on the arrangement of micro texture and micro texture. In the leaves on the surface along the height direction of the blade sweep into a rib or groove; a rib or groove blade model of micro texture by finite element simulation and optimization of micro texture placement and cross-section shape on the building, get the best reduction of micro texture position and cross section, in order to construct the blade surface drag reduction of micro texture. The optimized drag reduction on the blade surface reduces the resistance of micro texture to 5% to 10%, reduces energy consumption and saves fuel resources, and the design method of drag reduction and micro texture can be applied to other fields.

【技术实现步骤摘要】
叶轮叶片减阻微织构的设计方法
本专利技术涉及一种叶轮叶片减阻微织构的设计方法，涉及到的叶片主要是风力叶片，来流速度在50m/s到100m/s之间，属于叶片减阻领域。
技术介绍
透平机械在航空、航天、能源、交通、化工和石油等领域具有广泛的应用。叶片是航空发动机、燃气轮机、风机等透平机械的关键零件，其气动减阻性能直接影响这类产品的工作性能。为了提高叶片的气动减阻性能，国内外专家学者对叶片的优化设计方面作了大量的研究工作，从叶片结构优化、叶片表面织构设计等方面进行了大量的探索，试图从设计源头改善透平机械的气动减阻性能。在各种减阻技术中，利用微纳制造技术制备的仿生微结构表面有突出的减阻效果，这种具有仿生微纳织构的设计可应用于航空发动机叶片等需要减阻的领域中，通过特殊的表面织构获得减阻等特殊功能和性能，提高产品的功能和性能。目前，微织构减阻技术大多应用在机翼等在流体中高速运动物体的表面上，而在发动机叶片上很少应用，这是因为目前的叶片减阻微织构的设计主要是根据研究经验在叶片整个表面布置一些规律排布的三角形沟槽或肋条，或通过在叶片表面额外附着一层具有不同微小结构的胶膜，然后通过实验筛选出具有减阻效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮叶片减阻微织构的设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：根据叶轮叶片模型，建立流场域，流场域的特征为：流场域的宽度W为叶轮相邻叶片周向距离的两倍；流场域高度H为叶片高度的1～1.1倍；流场轨迹曲线(1)是通过拟合叶底和叶顶两条翼型中线(2)，求得平分线(3)，再将此平分线(3)前后各延长2～3倍叶底弦长得到的；步骤2)：对步骤1)所得的流场域进行数值模拟，并计算叶片受到的气流阻力；步骤3)：根据步骤2)中的数值模拟结果，在叶片高度方向中间位置建立中间截面(4)，得到此截面的速度流线图，据此确定在压力面(5)，边界层分离区域(6)和吸力面回流区域(7)三块区域布置微织构截面(13)；...

【技术特征摘要】
1.一种叶轮叶片减阻微织构的设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：根据叶轮叶片模型，建立流场域，流场域的特征为：流场域的宽度W为叶轮相邻叶片周向距离的两倍；流场域高度H为叶片高度的1～1.1倍；流场轨迹曲线(1)是通过拟合叶底和叶顶两条翼型中线(2)，求得平分线(3)，再将此平分线(3)前后各延长2～3倍叶底弦长得到的；步骤2)：对步骤1)所得的流场域进行数值模拟，并计算叶片受到的气流阻力；步骤3)：根据步骤2)中的数值模拟结果，在叶片高度方向中间位置建立中间截面(4)，得到此截面的速度流线图，据此确定在压力面(5)，边界层分离区域(6)和吸力面回流区域(7)三块区域布置微织构截面(13)；微织构的截面形状和具体位置为：微织构的截面形状为三角形或四边形，且其中一条边紧贴该截面翼型(8)上；微织构的高度h为该截面内湍流涡系在叶片法向方向上最大尺度Hmax的4％～7％，但最小高度不低于0.05mm，最大高度不超过1mm；压力面的微织构布置在叶片前缘(10)到后缘(11)方向上前50％的区域内；吸力面的微织构布置在吸力面从回流开始到结束方向上前50％的范围内；边界层分离区域(6)内只布置一个微织构；在压力面和吸力面回流区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臣，魏盼，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32