[发明专利]一种带支板压气机/涡轮过渡流道的构造方法

摘要

本发明提供了一种带支板压气机/涡轮过渡流道的构造方法，根据流道进出口状态确定过渡流道扩张面型线的进出口圆弧，找到两圆弧所在圆的一条内公切线作为扩张面型线的直线段，进出口圆弧与中间直线段共同构成流道的扩张面型线。其次，通过进出口的高度，给出流道法向高度分布，然后求解收缩面型线上对应点的坐标直至收敛，得出流道的初始收缩面型线。最后，考虑到支板的堵塞作用，计算出支板的堵塞面积，增大流道高度以补偿支板的堵塞，得出修正后的流道收缩面型线。本发明构造的带支板压气机/涡轮过渡流道克服了现有技术中构造方法实用性差、不适用于扩张角度过大的急扩张型流道的问题。

主权项

1.一种带支板压气机/涡轮过渡流道的构造方法，其特征在于，步骤如下：(1)构造流道几何形状的已知条件为：流道上下壁的进出口端点坐标及斜率、流道中工质密度ρ及粘性系数μ、气流在流道进出口的参考流动速度v、流道的进出口高度；(2)流道扩张面型线的构造方法流道扩张面型线的中间段为直线；首尾段即进出口段采用圆弧的形式，分别与流道前后部件对接；直线与进出口段的圆弧相切，即为两圆弧所在圆的一条内公切线，直线与进出口段的圆弧共同构成流道的扩张面型线；设进出口对接的圆弧实际曲率半径r₁、r₂与参考曲率半径r的比值分别为m₁、m₂；参考曲率半径r的选取方式如公式(1)，Re的取值范围为1～5e⁷；Re＝2ρvr/μ   (1)为保证气流在流道进出口顺利过渡，扩张面型线的进出口端斜率分别与流道前方部件的出口、后方部件的进口保持一致；为保证扩张面型线的捕捉精度，进出口段的圆弧段及直线段均采用若干个点来逼近，这些点的连线即为扩张面型线；(3)收缩面型线的构造方法扩张面型线上的一点唯一对应收缩面型线上的一点；由扩张面型线上各点的坐标，结合流道法向高度h得出收缩面型线上各点的坐标；假设流道内含有若干与上下壁型线相切的内切圆，内切圆与上下壁面型线的两切点是扩张面型线上的一点与其在收缩面型线上唯一对应的点，因而内切圆的数量与扩张面型线上点或收缩面型线上点的数量相同；设流道内切圆与流道上下壁的两切点之间的连线为高度线，即扩张面型线上一点与其对应的收缩面型线上的一点的连线；流道扩张面型线与收缩面型线每一对相互对应的点都对应着不同的高度线和内切圆；已知流道的进出口高度，采用线性插值的方式可得出流道扩张面与收缩面型线上每一对点对应的高度线的高度；定义流道的中心线为流道各内切圆圆心的连线，且要求流道高度线垂直于流道中心线，保证了由扩张面型线上的一点求得的收缩面型线上的一点的唯一性；(4)证明高度线与中心线垂直笛卡尔坐标系的第一象限中，在上下壁面型线上分别取一矢量：矢量的方向是该点在壁面型线的切线方向；在两壁面型线的内切圆圆心取矢量矢量方向为该点在流道中心线的切线方向；取上下壁面型线和中心线上各点到各自曲线进口端点的曲线长度分别为l_k、l_s、l_m，设三条线上某点的单位切向量分别为方向为流向方向；单位法向量为方向为单位切向量方向逆时针旋转90°；设与x轴的夹角分别为α_k、α_s、α_m，规定逆时针方向为正；2β为的夹角，R为内切圆的半径；内切圆圆心与其对应两壁面型线的一对切点有如下关系：对上式求导得：各点的向量，和对应切向量、法向量还表示为：将上式代入公式(3)中得：(7)+(8)式得：因为与两个矢量的方向相同，故矢量进而得出结论：中心线切线与两切点的连线垂直；又有：由以上推导知：cosβdl_m＝dl_k‑Rdα_k  (13)cosβdl_m＝dl_s+Rdα_s   (14)式中r_ck和r_cs分别为上下壁面型线点处的曲率半径，对(16)式进行求解，设初始R＝h/2，经过迭代，当β收敛至使R＝h/(2cosβ)时，求解结束；由以上推导可知，当β收敛时，两型线上的对应点的矢量和切向量满足(17)式，也意味着流道的中心线与高度线垂直，在此条件下得出的流道收缩面型线即为所求；对于涡轮流道，由(18)式求出涡轮流道的收缩面，即下壁面；同理，由(19)式求出压气机流道的收缩面，即上壁面；通过以上过程，得出初始的压气机/涡轮过渡流道上下壁面几何形状；在此基础上，考虑流道中支板的堵塞面积，保持流道扩张面型线不变，对收缩面型线进行修型，得到最终的流道收缩面型线，也就得到最终的过渡流道几何形状。