[发明专利]一种控制曲率分布的离心叶轮流道设计方法

说明书

技术领域

本发明属于流体机械设计造型方法，具体涉及一种控制曲率分布的离心叶轮流道设计方法。

背景技术

离心式叶轮机械是喷气式航空发动机的一个核心部件，并广泛应用于各种流体压缩、或流体膨胀的功能转换领域。离心式叶轮机械的子午流道的设计对离心式叶轮机械性能影响很大。但子午流道设计一直没有明确的设计准则，一般依赖设计人员经验，设计主观随意性较大。目前常规的轮盖线、轮毂线设计方法，一般通过圆弧加直线方法连接而成。这种设计方式很容易引起流动损失，降低离心式叶轮机械的做功效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制曲率分布的离心叶轮流道设计方法，具有良好的流动性能，能够提高离心式叶轮机械的功能做功效率。

本发明采用的技术方案为：

该离心叶轮的子午流道由轮盖线、轮毂线、进口线、出口线包络而成，设计步骤为：

（1）通过控制轮盖线、轮毂线曲率在轴向上的分布，来参数化形成；轮盖线和轮毂线的曲率分布规律，采用如下公式确定：，

其中，C(m)为轮盖线或轮毂线的曲率，m是轮盖线或轮毂线的无量纲长度；μ是最大曲率所在流向无量纲位置，μ的优选值为0.4~0.6；A是轮盖线或轮毂线曲率的无量纲幅值，且，其中R₂是离心叶轮的出口半径；

确定轮盖线和轮毂线的具体步骤为：

（101）根据一维流动计算方法分别确定轮盖线和轮毂线的4个端点位置；

（102）将轮盖线均分为n（50≤n≤200）段，确定除两端点外的n-1个点的轴向坐标，根据第一个点的曲率k以及该点的坐标（Z₁，R₁），确定第二点的坐标（Z₂，R₂）；然后以第二个点的曲率k以及该点坐标，确定第三个点的坐标（Z₃，R₃）；以此类推，得到轮盖线所有点的坐标；

（103）将得到的轮盖线上n+1个点用光滑曲线拟合，就可以得到光滑的轮盖曲线；

（104）采用步骤（102）和（103）的方法，得到轮毂曲线；

（2）由步骤（1）得到的轮盖曲线、轮毂曲线绕旋转轴转动360°，得到轮盖面和轮毂面。

所述轮毂线最大曲率半径幅值A为轮盖线最大曲率的0.3~0.8倍。

本发明具有以下的有益效果：

通过控制流道曲线的曲率，可以根据离心叶轮的流动做功情况，灵活选择合适的曲率分布规律，控制离心叶轮流动负荷在轴向的分布，提高了做功效率和离心叶轮的稳定工作边界，可广泛应用于各种离心式、斜流式叶轮机械的流动设计。

附图说明

图1是本发明的结构原理简图。

图2是图1中子午流道的示意图。

图3是本发明实施的典型的曲率分布图。

图中标号：

1-轮盖线；2-轮毂线；3-进口线；4-出口线。

具体实施方式

本发明提供了一种控制曲率分布的离心叶轮流道设计方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

离心式叶轮机械的轴向纵切面，一般称之为子午流道。该子午流道由轮盖线1、轮毂线2、进口线3和出口线4包络而成，如图1和图2所示。

该子午流道的设计步骤为： 

（1）根据公式确定轮盖线曲率分布曲线，取μ=0.5，A=0.03，m在区间[0,1]内，e为自然常数2.718，因此获得C的分布曲线如图3中轮盖曲率所示。

（101）在曲率分布线上取n=100个点，作为下一步确定曲线点所需的曲率值，如下表所示。