[发明专利]一种水下发电涡轮叶片的外形设计方法

权利要求书

1.一种水下发电涡轮叶片的外形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先确定设计要求，所述设计要求包括工作介质、设计点来流速度、设计点转速和设计点输出轴功率，再根据所述设计要求确定涡轮叶片的基本数据，所述基本数据包括叶片个数、涡轮叶根半径和涡轮叶尖半径，进入步骤S2；

S2、首先计算设计点下的空化数，再计算设计点的压力系数，最后根据涡轮叶片的表面的最小压力系数的相反数不大于所述空化数的条件，进行翼型的筛选，进入步骤S3；

S3、首先计算通过桨盘流体的总能量，再在0~1范围内为干扰因子取值，然后根据所述干扰因子计算理想能量利用系数，进入步骤S4；

S4、首先分别计算四种损失系数，四种所述损失系数包括叶尖损失系数、翼型损失系数、环流损失系数、实度损失系数，再根据四种所述损失系数和所述理想能量利用系数计算实际能量利用系数，最后根据所述实际能量利用系数和通过桨盘流体的总能量计算实际获得能量，进入步骤S5；

S5、将所述实际获得能量和所述设计点输出轴功率比较，如果所述实际获得能量小于所述设计点输出轴功率，则进入步骤S3，重新在0~1区间内对所述干扰因子的进行取值，如果所述实际获得能量不小于所述设计点输出轴功率，则进入步骤S6；

S6、首先将涡轮叶根半径和涡轮叶尖的半径之间的区域平均分成十个剖面，再分别计算十个所述剖面的剖面参数，所述剖面参数包括弦长和安装角，

所述弦长和安装角由以下公式确定：

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式中，

—涡轮的速度比；

—各剖面的速度比；

—考虑诱导之后的各割面的速度比；

—桨叶各剖面翼型的阻升比；

—桨叶各剖面翼型的升力系数；

—桨叶各剖面翼型的迎角；进入步骤S7；

S7、根据所述剖面参数对在建模软件上涡轮叶片进行建模。

2.如权利要求1所述的一种水下发电涡轮叶片的外形设计方法，其特征在于：

在步骤S2中，所述空化数、压力系数和最小压力系数的相反数的数学模型由以下公式确定：

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式中，

—无穷远来流的压力，；

—水的饱和蒸气压，；

—水的密度，；

—水的速度，；

—设计点的压力值，。

3.如权利要求2所述的一种水下发电涡轮叶片的外形设计方法，其特征在于：

在步骤S3中，所述总能量和理想能量利用系数的数学模型由以下公式确定：

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式中，

—桨盘面积，。

4.如权利要求3所述的一种水下发电涡轮叶片的外形设计方法，其特征在于：

在步骤S4中，所述叶尖损失系数、翼型损失系数、环流损失系数、实度损失系数、实际能量利用系数和实际获得能量的数学模型由以下公式确定：

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式中，

—涡轮的角速度，；

—桨叶平均的阻升比；

—全轮叶半径所取得的平均效率。