[发明专利]一种叶轮的设计方法

权利要求书

1.一种叶轮的设计方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)给定叶轮设计目标无量纲参数、离心叶轮几何约束无量纲参数和介质特性无量纲参数；所述给定叶轮设计目标无量纲参数包括等熵效率η、总压比ε和流量系数φ；所述给定的离心叶轮几何约束无量纲参数包括形状因子k、离心叶轮出口径向气流角β₂、离心叶轮出口径向速度比叶片数z、比焓比σ和离心叶轮进口预旋角α₁；所述给定的介质特性无量纲参数包括气体常数R和绝热指数γ；

(2)设定初始焓升系数μ₀；

(3)采用隐式格式迭代计算方法计算最佳离心叶轮进口轮盖相对轴向气流角β_1s，计算公式如下：

(4)计算离心叶轮进口轮盖相对马赫数M_w1，计算公式如下：

(5)计算焓升系数μ，计算公式如下：

(6)判断焓升系数μ与初始焓升系数μ₀的相对误差是否小于1％，如果相对误差大于或等于1％，返回步骤(2)，重新设定初始焓升系数；如果相对误差小于1％则判定为迭代收敛，进行下一步计算；

(7)分别计算离心叶轮进口轮盖直径D_1s与离心叶轮出口直径D₂之比和离心叶轮出口宽度b₂与离心叶轮出口直径D₂之比

所述离心叶轮进口轮盖直径与离心叶轮出口直径比计算公式如下：

所述离心叶轮出口宽度与离心叶轮出口直径比计算公式如下：

公式(5)中，是离心叶轮的出口切向速度比，M_u2是机器马赫数；

所述离心叶轮的出口切向速度比计算公式为：

所述机器马赫数M_u2由如下公式计算：

(8)给定离心叶轮进口有量纲参数和叶轮几何约束有量纲参数；所述离心叶轮进口有量纲参数包括进口总温T_t1和进口总压p_t1；所述叶轮几何约束有量纲参数包括离心叶轮出口直径D₂；

(9)根据上述步骤的计算结果和给定参数得到叶轮设计参数。

2.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算离心叶轮进口轮盖直径D_1s，计算公式为

公式(6)中，是离心叶轮进口轮盖直径D_1s与离心叶轮出口直径D₂之比,由公式(4)计算得到。

3.根据权利要求2所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算离心叶轮进口轮毂直径D_1h，计算公式为：

式中k为形状因子。

4.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算离心叶轮出口宽度b₂，计算公式为

公式(8)中，是离心叶轮出口宽度b₂与离心叶轮出口直径D₂之比，由公式(5)计算得到。

5.根据权利要求4所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算离心叶轮出口圆周速度u₂和离心叶轮设计转速n；

离心叶轮出口圆周速度u₂的计算公式为：

离心叶轮设计转速n的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算进口密度ρ₁，计算公式为：

7.根据权利要求5所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算设计质量流量计算公式为：

8.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，计算离心叶轮进口轮毂相对轴向气流角β_1h，计算公式为：

9.根据权利要求1所述的叶轮的设计方法，其特征在于，所述步骤(6)中采用迭代法或二分法重新设定初始焓升系数。