一种水力机械叶片空蚀位置预测方法技术

本发明专利技术提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，包括：针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；基于空化涡脱落特征频率和三维模型，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵；基于空化模型，对监测点阵进行数值模拟计算，得到监测点阵的空化体积分数；基于监测点阵的空化体积分数和空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；基于叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。本发明专利技术通过沿叶片表面法向设置监测点阵，快速准确地预测水力机械的叶片空蚀位置，对降低空蚀破坏和提高水力机械使用寿命具有重要意义。机械使用寿命具有重要意义。机械使用寿命具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水力机械叶片空蚀位置预测方法


[0001]本专利技术涉及水力机械领域，尤其涉及一种水力机械叶片空蚀位置预测方法。

技术介绍

[0002]水力机械作为一种常见的通用机械，在水力机械运行过程中，空化一直是影响机组运行稳定性的重要问题，在叶片式水力机械中，空化问题尤为突出。空化是指液体局部位置的压力降低到汽化压力之下时，液体开始产生液
‑
气相变生成大量气泡，气泡随压力的变化而初生、发展、溃灭的现象。在靠近叶片表面的位置，空泡溃灭产生的冲击波会在叶片表面形成蜂窝状的孔洞，形成空蚀，对叶片的材料造成破坏，严重影响水力机械的使用寿命。
[0003]目前可以采用计算流体动力学方法对流动内的空化进行很好的数值模拟，但是对于空蚀位置的预测，还缺乏快速准确的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，用以解决现有技术中无法快速准确预测水力机械叶片空蚀位置的问题，通过数值模拟，利用空化体积分数峰峰值，计算出空化对叶片表面的空蚀强度，快速准确预测水力机械叶片空蚀位置，对提高水力机械使用寿命具有重要意义。
[0005]本专利技术提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，包括：
[0006]针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；
[0007]基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，其中，所述监测点阵包括至少一层点阵；
[0008]基于所述空化模型，对所述监测点阵进行数值模拟计算，得到所述监测点阵的空化体积分数；
[0009]基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；
[0010]基于所述叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。
[0011]根据本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法，所述基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，包括：
[0012]基于所述空化涡脱落特征频率，沿叶片表面法向设置距离叶片表面不同距离的监测点阵的点阵层；其中，所述监测点阵的密度按照如下经验公式给定：
[0013][0014]其中，L
P
为点阵中相邻两点间距的平均值；c
s
为经验系数；V
∞
为叶轮外径圆周速度；f
cav
为空化涡脱落特征频率。
[0015]根据本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法，所述基于所述监测点阵的空
化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图，包括：
[0016]基于所述监测点阵的空化体积分数，针对所述监测点阵的任一监测点位，选取任一个空化变化周期，将所述一个空化变化周期平均分为至少一个时间段；
[0017]求取每个时间段内的空化体积分数峰峰值；其中，所述空化体积分数峰峰值为每个时间段内空化体积分数最大值与空化体积分数最小值之差；
[0018]基于所述每个时间段内的空化体积分数峰峰值，得到所述空化体积分数峰峰值的平均峰峰值；
[0019]将各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面并进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度；
[0020]基于所述叶片表面的空蚀强度，绘制出叶片表面的强度云图。
[0021]根据本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法，所述将各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面并进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度，包括：
[0022]求取各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度；
[0023]将所述各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度进行叠加，得到叶片表面的空蚀强度。
[0024]本专利技术提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，通过针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，其中，所述监测点阵包括至少一层点阵；基于所述空化模型，对所述监测点阵进行数值模拟计算，得到所述监测点阵的空化体积分数；基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；基于所述叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。本专利技术通过数值模拟，沿叶片表面法向设置监测点阵，利用空化体积分数峰峰值叠加，计算出空化对叶片表面的作用强度，快速准确预测水力机械叶片空蚀位置，对降低空蚀破坏和提高水力机械使用寿命具有重要意义。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法的流程示意图；
[0027]图2是本专利技术提供的水力机械叶轮叶片截面示意图；
[0028]图3是本专利技术提供的叶片表面不同的法向距离位置；
[0029]图4(a)是本专利技术提供的空化涡脱落特征频分析示意图；
[0030]图4(b)是本专利技术提供的空化变化周期分析示意图；
[0031]图5是本专利技术提供的监测点阵布置示意图；
[0032]图6是叶片表面的强度云图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]下面结合图1
‑
图6描述本专利技术的水力机械叶片空蚀位置预测方法。
[0035]在一具体实施例中，图1为本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法的流程图，如图1所示，本专利技术提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法，包括：
[0036]步骤S110、针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；
[0037]步骤S120、基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，其中，所述监测点阵包括至少一层点阵；
[0038]步骤S130、基于所述空化模型，对所述监测点阵进行数值模拟计算，得到所述监测点阵的空化体积分数；
[0039]步骤S140、基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；
[0040]步骤S150、基于所述叶片表面的强度云图，预测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，包括：针对叶片流域建立三维模型，并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算，得到空化涡脱落特征频率以及空化变化周期；基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，其中，所述监测点阵包括至少一层点阵；基于所述空化模型，对所述监测点阵进行数值模拟计算，得到所述监测点阵的空化体积分数；基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期，得到叶片表面的空蚀强度，进而绘制出叶片表面的强度云图；基于所述叶片表面的强度云图，预测出叶片表面的空蚀位置。2.根据权利要求1所述的水力机械叶片空蚀位置预测方法，其特征在于，所述基于所述空化涡脱落特征频率，构建沿叶片表面法向分布的监测点阵，包括：基于所述空化涡脱落特征频率，沿叶片表面法向设置距离叶片表面不同距离的监测点阵的点阵层；其中，所述监测点阵的密度按照如下经验公式给定：其中，L
P
为点阵中相邻两点间距的平均值；c
s
为经验系数；V
∞
为叶轮外径圆周速度；f
cav
为空化涡脱落特征频率。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱迪，吴延昭，靳发业，陶然，肖若富，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：