一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法技术

本发明专利技术公开了一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，属于超临界二氧化碳循环发电技术领域。本发明专利技术设计的轮盘及轮盖子午型线曲率从入口到出口始终连续变化，同时保证处处曲率最小，相对于多段圆弧组成的曲率非连续子午型线更为光滑，流道效率更高。相对于贝塞尔曲线需要人机交互界面进行控制点拖动，本发明专利技术提出的给微分方程及边界条件的方法更有利于计算机编程及参数化设计。利于计算机编程及参数化设计。利于计算机编程及参数化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法


[0001]本专利技术属于超临界二氧化碳循环发电
，具体涉及一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳发电技术具有效率高、体积小、调峰速度快等优点，超临界二氧化碳循环发电技术作为一种前沿性、变革性发电技术，与传统蒸汽朗肯循环相比，工质本身及循环禀赋使该项技术具有诸多优势如发电系统简单、装备体积小、布置紧凑、热电转换效率高、热源适应性广、良好的深度调峰和快速调峰潜力、完全的热电解耦使热电可以任意比例输出等诸多优点。
[0003]二氧化碳压缩机作为超临界二氧化碳发电技术的核心设备之一，其效率1％的变化即会对系统循环效率产生0.25％的影响，同时子午流道形状对压缩机效率也有着重要影响，因此对子午流道形状优化对二氧化碳发电技术具有重要的推进作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，包括以下步骤：
[0007](1)基于曲率连续及最小曲率原则，获取子午型线方程在进、出口两端点处的取值、一阶导数值及二阶导数值，进而得到子午型线方程的边界条件；
[0008](2)将所述子午型线原始坐标系逆时针旋转45
°
，求解相应的边界条件；
[0009](3)将旋转后的子午型线坐标系的边界条件进行归一化仿射变换；对旋转及归一化后的子午型线利用5次方代数方程进行逼近求解，获得子午型线代数方程；
[0010](4)对获得的子午型线代数方程进行归一化逆变换及坐标系旋转逆变换，从而得到原始坐标系下盘线或盖线的子午型线方程；基于所述子午型线方程来设计轮盘子午型线及轮盖子午型线。
[0011]进一步的，步骤(1)的具体操作为：
[0012]在(z,r)平面上已知子午型线进出口I、O两端点坐标A点：(0,0)、B点：(a,b)的条件下，入口水平进气斜率为0，出口垂直出气斜率为无穷大，入口曲率半径取a，出口曲率半径取b，在曲率连续的限制条件下最小化子午型线各处曲率，从而得到(z,r)平面上子午型线r(z)的边界条件如下：
[0013][0014]进一步的，步骤(2)的具体操作为：
[0015]子午型线原始坐标系逆时针旋转45
°
，得到的(ζ,η)坐标系如下：
[0016][0017]变换后(ζ,η)坐标系下，子午型线η(ζ)的边界条件为：
[0018][0019]其中：θ为旋转前后对应坐标轴的夹角。
[0020]进一步的，步骤(3)对(ζ,η)坐标系下子午型线边界条件进行归一化仿射变换得到(x,y)平面下的子午型线边界条件，变换过程如下：
[0021][0022]变换后(x,y)坐标系下，子午型线y(x)的边界条件为：
[0023][0024]对旋转及归一化后的子午型线方程进行求解，具体为：
[0025]根据边界条件的个数，用5次方代数方程去逼近所述子午型线，预设5次方代数方程为：y＝Ax5+Bx4+Cx3+Dx2+Ex+F，结合边界条件式(5)进行求解。
[0026]进一步的，求解后得到(x,y)坐标系下子午型线方程的系数为：
[0027][0028]进一步的，步骤(4)对求解得到的(x,y)平面的子午型线方程进行逆归一化及坐标旋转逆变换，变换过程依次如下：
[0029]逆归一化变换：
[0030]坐标旋转逆变换：
[0031]自此，得到(z,r)平面下子午型线的方程。
[0032]进一步的，适用于离心压缩机或向心膨胀机子午流道的设计。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0034]本专利技术提供一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，设计的轮盘及轮盖子午型线曲率从入口到出口始终连续变化，同时保证处处曲率最小，相对于多段圆弧组成的曲率非连续子午型线更为光滑，流道效率更高。相对于贝塞尔曲线需要人机交互界面进行控制点拖动，本专利技术提出的给微分方程及边界条件的方法更有利于计算机编程及参数化设计。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的流程图；
[0036]图2为本专利技术实施过程中坐标系的变换图，其中，图2(a)、图2(b)、图2(c)分别对应不同坐标系。
具体实施方式
[0037]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0038]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0039]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0040]无论是压缩机还是膨胀机，对于轮盘子午型线和轮盖子午型线(以下简称盖线)，都可以归结为(z,r)平面上已知子午型线进出口I、O两端点坐标A点：(0,0)、B点：(a,b)，求两点之间最优曲线的问题(一般情况下a≠b)。
[0041]本专利技术提供一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，适用于离心压缩机和向心膨胀机，参见图1，本专利技术主要步骤如下：
[0042](1)按照曲率连续及曲率最小原则，给定子午型线方程在进、出口两端点处的取值、一阶导数值及二阶导数值，获得子午型线方程的边界条件；具体为：
[0043]已知子午型线进出口A、B两点坐标的条件下，在曲率连续的限制条件下尽可能减小子午型线各处曲率，从而得到(z,r)平面上子午型线r(z)的边界条件如下：
[0044][0045](2)为避免B点斜率无穷大引起的数学求解难题，将子午型线原始坐标系逆时针旋转45
°
，具体操作为：
[0046]对(z,r)坐标系进行逆时针旋转45
°
得到(ζ,η)坐标系下子午型线边界条件，坐标
旋转的变换过程为：
[0047]变换后(ζ,η)坐标系下，子午型线η(ζ)的边界条件为：
[0048][0049](3)为求解方便，对子午型线坐标系进行归一化仿射变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于曲率连续及最小曲率原则，获取子午型线方程在进、出口两端点处的取值、一阶导数值及二阶导数值，进而得到子午型线方程的边界条件；(2)将所述子午型线原始坐标系逆时针旋转45
°
，求解相应的边界条件；(3)将旋转后的子午型线坐标系的边界条件进行归一化仿射变换；对旋转及归一化后的子午型线利用5次方代数方程进行逼近求解，获得子午型线代数方程；(4)对获得的子午型线代数方程进行归一化逆变换及坐标系旋转逆变换，从而得到原始坐标系下盘线或盖线的子午型线方程；基于所述子午型线方程来设计轮盘子午型线及轮盖子午型线。2.根据权利要求1所述的曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作为：在(z,r)平面上已知子午型线进出口I、O两端点坐标A点：(0,0)、B点：(a,b)的条件下，入口水平进气斜率为0，出口垂直出气斜率为无穷大，入口曲率半径取a，出口曲率半径取b，在曲率连续的限制条件下最小化子午型线各处曲率，从而得到(z,r)平面上子午型线r(z)的边界条件如下：3.根据权利要求1所述的曲率高阶光滑的离心压缩机子午流道设计方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：子午型线原始坐标系逆时针旋转45
°

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯伦，李红智，张一帆，姚明宇，敬小磊，白文刚，乔永强，杨艳彦，张佳，李海建，朱耿峰，
申请(专利权)人：格尔木华能太阳能发电有限公司，
类型：发明
国别省市：