一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法技术

本发明专利技术公开了一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，根据每个径向截面的二维叶片轮廓，形成一个优化的二维块，使用与叶片堆叠相同的堆叠线沿径向堆叠2D块；根据2D叶片轮廓的几何信息，使用移位周期拓扑构建O型块；通过沿3D叶片堆叠线堆叠优化的2D块。本发明专利技术可以减少网格划分的时间；通过移位周期拓扑构建O型块，避免常用O型块带来高偏斜度；本发明专利技术可以获得优化的二维块，可以显著提高网格质量，减少块生成过程中涉及的手动工作。减少块生成过程中涉及的手动工作。减少块生成过程中涉及的手动工作。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法


[0001]本专利技术涉及涡轮机叶片加工
，尤其涉及一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法。

技术介绍

[0002]由于在涡轮机相关的研究中，ICEM CFD常被用作网格划分工具，因此需要一个与叶片几何形状相对应的块域。由于优化系统涉及大量的模拟，网格划分的工作负荷相当高。因此，为了减少网格划分的时间，开发了一个分块系统/方法来自动生成分块域。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，以解决上述技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，根据每个径向截面的二维叶片轮廓，形成一个优化的二维块，使用与叶片堆叠相同的堆叠线沿径向堆叠 2D块；根据2D叶片轮廓的几何信息，使用移位周期拓扑构建O型块；通过沿3D叶片堆叠线堆叠优化的2D块。
[0005]作为进一步的优化，在叶片通道中块域以中间通道曲线为界，中间通道曲线由两个相邻叶片轮廓的中点形成。
[0006]作为进一步的优化，在2D叶片轮廓内形成一个内部O型块，用于叶片顶部的径向部分。
[0007]作为进一步的优化，在生成块时，多个顶点被设计为可移动以搜索优化块。
[0008]作为进一步的优化，还包括对叶尖凹槽参数化，在给定尖端间隙的结构下，用参数凹槽宽度w
sq
、轴向截止百分比x
sq
和凹槽高度h
sq
控制凹槽几何形状。
[0009]作为进一步的优化，通过绘制垂直于指定长度的凹槽宽度的叶片轮廓的法线来生成凹槽曲线。
[0010]作为进一步的优化，曲线沿叶片轴向以轴向截止百分比截断。
[0011]作为进一步的优化，使用圆形曲线绘制叶尖凹槽的后缘，计算圆的半径以确保凹槽轮廓和圆之间的平滑连接，凹槽腔深度由凹槽高度控制。
[0012]作为进一步的优化，还包括沿着凹槽曲线，凹槽宽度和凹槽高度设计为具有不同的值。
[0013]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0014]1.本专利技术可以减少网格划分的时间；
[0015]2.本专利技术可以通过移位周期拓扑构建O型块，避免常用O型块带来高偏斜度。
[0016]3.本专利技术可以获得优化的二维块，可以显著提高网格质量，减少块生成过程中涉及的手动工作。
附图说明
[0017]图1为本专利技术使用移位周期拓扑优化的2D块。
[0018]图2a为本专利技术3D静子块。
[0019]图2b为本专利技术3D转子块。
[0020]图3a为本专利技术叶尖凹槽2D示意图。
[0021]图3b为本专利技术叶尖凹槽3D示意图。
具体实施方式
[0022]以下是本专利技术的具体实施例，结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0023]与叶片几何生成系统类似，分块系统也是以2D
‑
3D方式构建的，首先，根据每个径向截面的二维叶片轮廓，形成一个优化的二维块，然后使用与叶片堆叠相同的堆叠线沿径向堆叠2D块。
[0024]根据2D叶片轮廓的几何信息，使用如图1所示的移位周期拓 扑构建O型块。对于高转向叶片，为了满足周期条件，常用的O型 块不可避免地会带来高偏斜度，这可以通过移位周期拓扑来减少，因 为他在不同索引顶点上具有对应周期性。在叶片通道中，块域以中间 通道曲线为界，中间通道曲线由两个相邻叶片轮廓的中点形成，如图 1中的曲线v1
‑
v2和曲线v3
‑
v4。此外，为了产生叶尖间隙网格，一 个额外的内部O型块形成在叶片轮廓内，用于顶部的径向部分。
[0025]在生成块时，多个顶点被设计为能够移动以搜索优化块。在图1 中，以后缘吸力侧的顶点为例，顶点v5在o型曲线上移动，顶点v6 沿中通道曲线v1
‑
v2的切线移动，通过搜索v5和v6的最佳组合来优化块偏度，即获得∠1、∠2和∠3,中的最小角度的最大值，即 max[min(∠1，∠2，∠3)]。通过对其他移动顶点应用类似的方法，获得优化的二维块。它不仅可以显著提高网格质量，还可以减少块生成过程中涉及的手动工作，图1中，双头虚线箭头表示如何将周期性应用于具有不同索引的顶点对。
[0026]通过沿3D叶片堆叠线堆叠优化的2D块，静子和转子的3D 块形成如图2a和图2b所示，然后将3D块导入ICEM CFD中，在其中执行脚本以自动生成网格。
[0027]如图3a和图3b所示，为了适应涡轮机采用的设计特征，参数化系统中集成了几个附加部件。这些部件是可选的，取决于设计者的选择。为提高涡轮叶尖性能，可在叶尖处增加凹槽，以阻断叶尖泄漏流，提高冷却性能。该设计特征已广泛应用于CFM56、F100等在役发动机中。凹槽由叶尖的空腔形成，在给定尖端间隙的结构下，三个参数用于控制凹槽几何形状：凹槽宽度w
sq
、轴向截止百分比x
sq
、和凹槽高度h
sq
。
[0028]通过绘制垂直于指定长度w
sq
的叶片轮廓的法线来生成凹槽曲线。该曲线沿叶片轴向以x
sq
的百分比截断，使用圆形曲线重新绘制了叶尖凹槽的“后缘”，计算圆的半径以确保凹槽轮廓和圆之间的平滑连接，凹槽腔深度由凹槽高度h
sq
控制。为适应未来的设计研究，沿着凹槽曲线，凹槽宽度和凹槽高度都可以具有不同的值。
[0029]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本专利技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，其特征在于，根据每个径向截面的二维叶片轮廓，形成一个优化的二维块，使用与叶片堆叠相同的堆叠线沿径向堆叠2D块；根据2D叶片轮廓的几何信息，使用移位周期拓扑构建O型块；通过沿3D叶片堆叠线堆叠优化的2D块。2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，其特征在于，在叶片通道中块域以中间通道曲线为界，中间通道曲线由两个相邻叶片轮廓的中点形成。3.根据权利要求1所述的涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，其特征在于，在2D叶片轮廓内形成一个内部O型块，用于叶片顶部的径向部分。4.根据权利要求1所述的涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，其特征在于，在生成块时，多个顶点被设计为可移动以搜索优化块。5.根据权利要求1所述的涡轮机叶片几何形状自动生成分块域的方法，其特征在于，还包括对叶尖凹槽参数化...

【专利技术属性】
技术研发人员：段鹏浩，韩闯，
申请(专利权)人：段鹏浩，
类型：发明
国别省市：