控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法技术

本发明专利技术属于流体机械风机相关技术领域，并公开了一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法。该方法包括下列步骤：S1计算叶轮进口处和出口处通流截面上的气流速度，求解叶道进口和出口处的相对速度；S2构建叶轮半径方向上平均气流径向速度分布线；求解叶道中气流相对速度分布曲线；S3将叶片型线划分为多段，计算任意点P

【技术实现步骤摘要】
控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法


[0001]本专利技术属于流体机械风机相关
，更具体地，涉及一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片构建方法。

技术介绍

[0002]多翼离心叶轮多采用圆弧形直叶片，其形状仅需较少的几何参数即可唯一绘制。一般认为强前弯加速叶道有利于消除叶道中的旋涡，提高风机效率。然而单圆弧叶片的曲率、厚度沿流向均为定值，无法实现对叶道中气流的分段控制，因此性能要求较高的风机会采用形状稍复杂的叶型，如双圆弧叶型。该叶型由两段圆弧连接而成，可分段调整叶道的曲率以达到更好的气流加速效果。
[0003]叶片表面的流动分离是叶道中的主要流动损失之一。通过计算不同载荷分布方式下叶片边界层的厚度及相应损失，可以推导给出了较合理的叶片通道平均速度及吸力面速度分布模型，大幅度提高了风机性能。但前弯离心风机吸力面分离及其严重，边界层厚度及损失计算公式准确预估叶道中的流动损失；且前弯叶道中的平均相对速度是先减后增，而并不是一般情况下的单调递减，因此上述“载荷法”是依然适用于前弯离心风机需要进一步讨论。
[0004]成心德提出一种基于气流流向偏转特征的前向叶片设计方法，针对前向叶片叶道中气流速度逐渐转向的特点，认为气流将存在一个径向拐点，同时抓住相对速度先减后增的特点，提出一种针对前向叶轮的速度分布模型。该方法可以达到比圆弧叶片更自由的曲率变化，比“载荷法”更贴合前向叶片叶道流动特点，也无需大量的数值计算，即可获得较好的风机气动性能。但该方法仍然存在如下技术问题：1)对多翼离心风机这种短叶道前向叶片的配适度不足，叶道相对速度总体是提高的而非降低的；2)对速度分布曲线的构型描述不够清晰，导致相对速度曲线与径向速度曲线在所谓拐点处的相切关系，以及相对速度曲线在所谓拐点处的光滑性均不能保证。由此该“偏转模型”及其推荐的速度分布参数，无法直接应用于多翼离心风机叶片的设计。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，解决多翼离心风机叶片中叶道流动损失过大以及叶片型线设计的问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，该方法包括下列步骤：
[0007]S1计算叶轮进口处和出口处通流截面上的气流速度的径向分量c
1r
和c
2r
，求解叶道进口和出口处的相对速度w1和w2；
[0008]S2设定叶轮内径处的相对半径为0，外径处的相对半径为1，根据步骤S1中确定的叶轮进口处和出口处的平均气流速度径向分量c
1r
和c
2r
，可构建叶轮半径方向上平均气流
径向速度c
r
的分布线；根据步骤S1中确定的叶轮进口处和出口处各自的相对速度w1和w2，可确定气流相对速度w分布曲线的起点A(0，w1)和终点B(1，w2)，再根据叶片气流角分布的特点在所述平均气流径向速度分布线上设定气流速度分布的拐点C，采用Bezier曲线以特定方式将所述点A、C、B相连，以此获得叶道中气流相对速度分布曲线；
[0009]S3将设置在叶道内径和外径之间的叶片型线划分为多段，气流速度分布曲线的起点和终点分别对应叶片型线的起点和终点，利用步骤S2中获得的平均气流径向速度分布线和气流相对速度分布曲线计算获得叶片型线上任意点P
i
点对应的平均气流径向速度c
ri
和气流相对速度w
i
，构建任意点P
i
和相邻点P
i+1
之间的夹角Δθ
i
关于c
ri
和w
i
的关系式，给定叶片型线起点或终点的位置即可递推获得叶片型线上任意点的极坐标，进而实现叶片型线的构建。
[0010]进一步优选地，在步骤S1中，所述进口处和出口处通流截面上的气流速度的径向分量c
1r
和c
2r
分别按照下列表达式计算：
[0011][0012][0013]其中，Q
v
是风机的设计体积流量，R1是叶轮内径，R2是叶轮外径，b1是叶轮进口处的宽度，b2是叶轮出口处的宽度。
[0014]进一步优选地，在步骤S1中，所述叶道进口和出口处的相对速度w1和w2按照下列关系式进行计算：
[0015][0016][0017]其中，β1是叶轮进口处的理想气流角度，β2是叶轮出口处的理想气流角度。
[0018]进一步优选地，在步骤S2之前，还需对叶轮进口处的理想气流角度β1进行修正，修正后的进口处的气流角度β1’
为修正前的理想气流角度β1与预旋角之和，其中，预旋角的取值范围为10
°
～50
°
。气流相对速度分布曲线的起点A的坐标依据修正后的气流角度β1’
更新为(0，w1’
)。
[0019]进一步优选地，在步骤S2中，所述平均气流径向速度分布线为直线，起点为L(0，c
1r
)，终点为T(1，c
2r
)。
[0020]进一步优选地，在步骤S2中，所述拐点C在平均气流径向速度分布线上，其通过插值获得，其坐标为(c
r,T
)，其相对半径的最佳取值范围为0.15～0.4。
[0021]进一步优选地，在步骤S3中，所述任意点P
i
点对应的平均气流径向速度c
ri
和气流相对速度w
i
按照下列方式获得：首先获取任意点P
i
对应的R
i
值，然后在平均气流径向速度分布线上确定对应的c
ri
，最后确定在半径为R
i
时气流相对速度分布曲线上对应的气流速度w
i
。
[0022]进一步优选地，在步骤S3中，所述夹角Δθ
i
关于c
ri
和w
i
的关系式按照下式进行：
[0023][0024]其中，β
bi
是任意点P
i
和P
i+1
之间的连线与叶片外轮廓上的任意点P
i
处的切线的夹角，R
i
是任意点P
i
处的半径，ΔR
i
是任意点P
i
和P
i+1
之间的半径差。
[0025]进一步优选地，所述β
bi
按照下列关系式计算：
[0026][0027]其中，R
T
是所述拐点C的相对半径所对应的半径值。
[0028]进一步优选地，在步骤S2中，连接所述点A、C、B的Bezier曲线由两段二阶Bezier曲线构成。在平均气流径向速度分布线上，点L和点C之间，点C和点T之间构建点P1和Q1。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：S1计算叶轮进口处和出口处通流截面上的平均气流速度的径向分量c
1r
和c
2r
，求解叶道进口和出口处的相对速度w1和w2；S2设定叶轮内径处的相对半径为0，外径处的相对半径为1，根据步骤S1中确定的叶轮进口处和出口处的平均气流速度径向分量c
1r
和c
2r
，构建叶轮半径方向上平均气流径向速度分布线；根据步骤S1中确定的叶轮进口处和出口处各自的相对速度w1和w2，确定气流相对速度分布曲线的起点A(0，w1)和终点B(1，w2)，再根据叶片气流角分布的特点在所述平均气流径向速度分布线上设定气流速度分布的拐点C，采用Bezier曲线将所述点A、C、B相连，以此获得叶道中气流相对速度分布曲线；S3将设置在叶道内径和外径之间的叶片型线划分为多段，气流速度分布曲线的起点和终点分别对应叶片型线的起点和终点，利用步骤S2中获得的平均气流径向速度分布线和气流相对速度分布曲线计算获得叶片型线上任意点P
i
点对应的平均气流径向速度c
ri
和气流相对速度w
i
，构建任意点P
i
和相邻点P
i+1
之间的夹角Δθ
i
关于c
ri
和w
i
的关系式，根据叶片型线起点或终点的位置递推获得叶片型线上任意点的极坐标，进而实现叶片型线的构建。2.如权利要求1所述的一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，其特征在于，在步骤S1中，所述进口处和出口处通流截面上的气流速度的径向分量c
1r
和c
2r
分别按照下列表达式计算：分别按照下列表达式计算：其中，Q
v
是风机的设计体积流量，R1是叶轮内径，R2是叶轮外径，b1是叶轮进口处的宽度，b2是叶轮出口处的宽度。3.如权利要求1或2所述的一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，其特征在于，在步骤S1中，所述叶道进口和出口处的相对速度w1和w2按照下列关系式进行计算：行计算：其中，β1是叶轮进口处的理想气流角度，β2是叶轮出口处的理想气流角度。4.如权利要求1或2所述的一种控制叶道相对速度分布的多翼离心风机叶片的构建方法，其特征在于，在步骤S2之前，还需对叶轮进口处的理想气流角度β1进行修正，修正后的进口处的理想气流角度β1’
为修正前的理想气流角度β1与预旋角之和，其中，预旋角的取值范围为10
°
～50
°
，气流相对速度分布曲线的起点A的坐标依据修正后的气流角度β1’
更新为(0，w1’
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，蒋博彦，肖千豪，杨筱沛，周昊，王宇杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：