[发明专利]用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置，其中方法包括：基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。本发明通过翼型优化设计实现了叶轮叶片前缘的推迟初生空化。

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置。

背景技术

当水力机械内局部区域压力降到水的汽化压力(饱和蒸汽压力)以下时，水中空泡产生、发展、溃灭的过程，以及由此产生的一系列物理化学变化，这种现象称为空化。在水力机械的运行过程中，空化问题一直是影响其运行安全性和稳定性的重要问题。当水力机械发生空化时，会造成严重的噪声、振动和材料损伤等问题，因此如何扩大水力机械无空化运行范围，推迟水力机械空化的产生，对水力机械的安全稳定运行具有非常重要的意义。

空化周期一般包括初生、发展和溃灭三个过程，在水力机械测试运行时，一般规定机组的能量参数下降到某个百分数时的临界空化来判定空化发生，但是此时机组内部可能已经产生了较大规模的空化现象，因此以临界空化为基准只能代表空化的规模不影响机组的扬程或效率等性能，却并不意味着无空化运行。理论上来讲，在空化初生之后，在其引发机组性能下降之前，已存在一定程度的空化。因此以初生空化为判据，才能以最严格的标准限制水力机械的空化，才能在优化设计中使水力机械获得更加优秀的空化性能。水力机械运行时最低压力出现的位置通常位于叶片前缘(Leading Edge，简称LE)。因此，初生空化表现为叶片前缘空化，导致了机械运行的安全性和稳定性无法保证的问题。

发明内容

本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法及装置，用以解决目前叶轮叶片前缘的初生空化导致机械运行的安全性和稳定性无法保证的问题。

第一方面，本发明提供一种用于推迟初生空化的翼型优化设计方法，包括以下步骤：

基于翼型的设计参数生成翼型的二维平面图；

基于所述翼型的二维平面图确定翼型的最大厚度值及其在骨线方向的位置，并确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围；

通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，并对伸缩后的前缘几何设计范围分别进行前缘圆弧和厚度扩散段的设计；

通过骨线方向的逆坐标转换将完成设计的前缘几何设计范围进行拉伸后，得到推迟初生空化的翼型。

优选地，所述确定所述翼型的二维平面图上前缘几何设计范围，包括：

根据所述翼型的最大厚度值y_max在骨线方向的位置得到骨线方向上前缘几何设计范围的最大长度值x_ymax；

将前缘处在骨线上的位置点设定为O点，并将从O点沿骨线方向截取特定比列的骨线长度范围的终点设定为A点，同时保证A点处翼型的厚度值y_A≤y_max及OA段的长度值x_A≤x_ymax，得到包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围。

优选地，所述通过骨线方向的坐标转换将所述前缘几何设计范围进行伸缩，包括：

判断前缘圆弧的长短轴比率值是否为1，若不是，则将骨线方向的椭圆轴x-y坐标系转换或伸缩至骨线方向的圆轴X-y坐标系，使得包括前缘圆弧和厚度扩散段的前缘几何设计范围在骨线方向上由x＝0～x_A转换至X＝0～X_A；