具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，包括：依据所求波浪肋特征编辑带肋通道设计参数，通过软件

【技术实现步骤摘要】
具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法


[0001]本专利技术属于叶片冷却结构
，具体涉及一种具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法
。

技术介绍

[0002]在涡轮叶片内部冷却中，带肋通道
、
柱肋排通道
、
冲击射流是三种主要的冷却结构
。
扰流肋
、
柱肋排
、
射流孔分别是影响以上典型冷却结构性能的主要因素，其中，扰流肋的换热改善性能较好而引起的压力损失可以接受，同时结构简单，具有较好的发展前景和较大的改进潜力
。
而扰流肋的几何和布置是影响冷却通道综合性能的主要原因，包括肋的形状
、
肋的横截面
、
肋高
、
肋厚
、
肋角
、
肋间距
、
间断或连续等等多个方面，因此开展对扰流肋的几何及布置的研究对提高冷却通道的综合性能及冷却通道的设计具有重要的意义
。
[0003]结构简单的波浪肋是一种很有潜力的高性能扰流肋，相较于传统的
V
型肋，在不提高压损的前提下可将带肋壁面换热性能有较大的提高，提供了进一步改善涡轮内冷通道综合性能的新途径
。
但是，波浪肋通道的宽高比
、
间断肋片
(
间断位置
、
宽度
、
个数等
)、
肋厚等其他参数对波浪肋性能的研究方面还有较多可以丰富的内容和完善的工作
。
为了探究不同通道宽高比
、
肋片间断
、
肋厚等多个方面对波浪肋性能的影响，优化含有波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计，需要开展不同设计参数的建模和多种网格划分的研究工作，传统的建模软件
(
如
NX)
和网格划分软件
(
如
ANSYS ICEM)
虽然也可以完成对应的研究需求，但工作量冗杂繁重且工作周期长，极大的浪费人力物力财力
。
因此，针对波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计的优化和工作量巨大的多种复杂几何波浪肋模型的性能研究，亟待一种简单
、
高效的设计方法来实现模型快速准确地建立以及网格的自动化生成
。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，采用了源代码
P
文件并通过可编辑带肋通道设计参数的
M
文件对模型进行准确的几何设定和网格参数的设置，通过软件
MATLAB
运行自编程程序达到快速
、
高效的生成对应目标模型网格文件的效果，实现了波浪肋模型的准确建立以及网格快速自动生成的功能，极大地加快了多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道的网格生成速度，降低了多变几何波浪肋涡轮冷却通道的研究周期，提高了多变几何波浪肋性能研究的效率
。
[0005]本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：
[0006]一种具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：明确目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道的几何特征；
[0008]步骤二：将源代码
P
文件和可以编辑带肋通道设计参数的
M
文件放在同一个文件夹下；
[0009]步骤三：根据目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道几何特征，在
MATLAB
或者记事本中
打开
M
文件，并在
M
文件中编辑带肋通道设计参数，其中包括肋片分布定义
、
几何参数
、
网格参数
、
专家参数四部分
。
[0010]步骤四：将编辑好设计参数的
M
文件在软件
MATLAB
中运行，等待几十秒至几分钟的时间，即可生成对应目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道的网格文件
mesh.cfx5。
[0011]步骤五：将生成的网格文件
mesh.cfx5
导入
CFX
中进行边界条件的设定以及
CFD
数值计算即可得到对应的数值仿真结果
。
[0012]进一步，所述步骤三包括以下步骤：
[0013]步骤
1)
肋片分布的定义，本步骤包括对肋片的进出口相对位置
、
通道中宽度相对位置以及是否为间断肋片等方面进行肋片分布的定义
。
[0014]肋片分布定义
n
行3列，肋片生成采用线性插值的方式，为了防止失真在构造曲线肋片时取点的点数应该相对较多，第1列为无量纲进出口相对位置
(0
表示进口
‑
表示出口
)
，第2列为无量纲宽度位置
(
取值范围为
‑1～1，0表示在通道正中间
)
，第3列
0/1
表示下游无
/
有肋片
(
若仅输入了前2列，默认第3列全为
1、
全肋片无间断
)。
[0015]r_xyr
＝
linspace(0,1,300)'
；
[0016]r_xyr
＝
[r_xyr cos(r_xyr*2*pi*10)*0.4(sin(r_xyr*2*pi*10+1e
‑
6)>
＝
0)*1]；％表示为正弦曲线的间断肋；
[0017]步骤
2)
几何参数的设定，本步骤包括设定波浪肋的涡轮叶片冷却通道的基本几何参数，其中包括通道长度
、
通道进口相对长度
、
通道出口相对长度
、
通道宽度
、
通道左侧高度
、
通道右侧高度
、
通道带肋侧面固体壁厚
、
通道光滑侧面固体壁厚
、
肋片厚度
、
肋片相对高度
、
通道及肋片内
90
°
处的圆角
。
[0018]c_L
＝
100.0
；％通道长度
L[mm]标量
[0019]c_lio
＝
[0.050.051.01.0]；％通道进
、
出口相对长度，
12
表示过渡段
(
有固壁无肋
)34
表示延长段
(
无固壁
)
[0020]c_W
＝
[16.010.016.010.016.0]；％通道宽度
(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：明确目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道的几何特征；步骤二：将源代码
P
文件和用来编辑带肋通道设计参数的
M
文件放在同一个文件夹下；步骤三：根据目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道几何特征，在
MATLAB
或者记事本中打开
M
文件，并在
M
文件中编辑带肋通道设计参数；步骤四：将编辑好设计参数的
M
文件在软件
MATLAB
中运行，生成对应目标波浪肋的涡轮叶片冷却通道的网格文件
mesh.cfx5
；步骤五：将生成的网格文件
mesh.cfx5
导入
CFX
中进行边界条件的设定以及
CFD
数值计算，得到对应的数值仿真结果
。2.
根据权利要求1所述的具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，其特征在于，步骤三中，带肋通道设计参数包括肋片分布定义
、
几何参数
、
网格参数
、
专家参数四部分
。3.
根据权利要求2所述的具有多变几何波浪肋的涡轮叶片冷却通道设计方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：步骤
1)
肋片分布的定义，包括对肋片的进出口相对位置
、
通道中宽度相对位置以及是否为间断肋片进行肋片分布的定义；肋片分布定义
n
行3列，肋片生成采用线性插值的方式，第1列为无量纲进出口相对位置，0表示进口
‑1表示出口，第2列为无量纲宽度位置，取值范围为
‑1～1，0表示在通道正中间，第3列
0/1
表示下游无
/
有肋片，若仅输入了前2列，默认第3列全为
1、
全肋片无间断；
r_xyr
＝
linspace(0,1,300)'
；
r_xyr
＝
[r_xyr cos(r_xyr*2*pi*10)*0.4(sin(r_xyr*2*pi*10+1e
‑
6)>
＝
0)*1]
；％表示为正弦曲线的间断肋；步骤
2)
几何参数的设定，包括设定波浪肋的涡轮叶片冷却通道的基本几何参数，其中包括通道长度
、
通道进口相对长度
、
通道出口相对长度
、
通道宽度
、
通道左侧高度
、
通道右侧高度
、
通道带肋侧面固体壁厚
、
通道光滑侧面固体壁厚
、
肋片厚度
、
肋片相对高度
、
通道及肋片内
90
°
处的圆角；
c_L
＝
100.0
；％通道长度
L[mm]
标量
c_lio
＝
[0.050.051.01.0]
；％通道进
、
出口相对长度，
1、2
表示过渡段，有固壁无肋；
3、4
表示延长段，无固壁
c_W
＝
[16.010.016.010.016.0]
；％通道宽度，带肋侧面，
W[mm]
标量
/【
向量
】(
进口
‑
出口
)c_H1
＝
[10.08.0]
；％通道左侧高度
H1[mm]
标量
/【
向量
】(
进口
‑
出口
)c_H2
＝
[8.06.0]
；％通道右侧高度
H2[mm][]/
标量
/【
向量
】(
进口
‑
出口
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙飞，吕城亮，毛军逵，张德伟，刘昕梓，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：