[发明专利]水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法和装置

说明书

本申请提出一种水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法和装置，涉及水力机械技术领域，其中，方法包括：将桨叶和活动导叶设置在同一个计算域中，获取计算域的周向平均流动控制策略和周期脉动流动控制策略；获取桨叶和所述活动导叶的叶片设计信息；获取桨叶的进出口速度矩和活动导叶的进出口速度矩；根据平均流动控制策略、周期脉动流动控制策略、叶片设计信息、桨叶的进出口速度矩和活动导叶的进出口速度矩进行计算，获取桨叶设计参数和活动导叶设计参数。由此，使得两个设计叶型更为匹配，从而提高了二者联合流动的可控性。

技术领域

本申请涉及水力机械技术领域，尤其涉及一种水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法和装置。

背景技术

目前，水轮机桨叶和活动导叶的叶型通常是在两个独立的计算域中设计出来的，仅是通过设计参数的选取来近似满足二者性能的匹配关系，而无法充分考虑到导水机构和转轮间流动的相互作用。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法，将桨叶和活动导叶置于同一个计算域中，建立了两个叶型的联合流动控制方程，与独立设计的叶型相比，由于细致地求解了导水机构至转轮间的流场，使得两个设计叶型更为匹配，从而提高了二者联合流动的可控性。

本申请的第二个目的在于提出一种水轮机桨叶与导叶三维联合设计装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法，将桨叶和活动导叶设置在同一个计算域中，

获取所述计算域的周向平均流动控制策略和周期脉动流动控制策略；

获取所述桨叶和所述活动导叶的叶片设计信息；

获取所述桨叶的进出口速度矩和所述活动导叶的进出口速度矩；

根据所述平均流动控制策略、周期脉动流动控制策略、叶片设计信息、所述桨叶的进出口速度矩和所述活动导叶的进出口速度矩进行计算，获取桨叶设计参数和活动导叶设计参数。

本申请实施例的水轮机桨叶与导叶三维联合设计方法，通过将桨叶和活动导叶设置在同一个计算域中，获取计算域的周向平均流动控制策略和周期脉动流动控制策略；获取桨叶和所述活动导叶的叶片设计信息；获取桨叶的进出口速度矩和活动导叶的进出口速度矩；根据平均流动控制策略、周期脉动流动控制策略、叶片设计信息、桨叶的进出口速度矩和活动导叶的进出口速度矩进行计算，获取桨叶设计参数和活动导叶设计参数。由此，使得两个设计叶型更为匹配，从而提高了二者联合流动的可控性。

在本申请的一个实施例中，所述获取所述计算域的周向平均流动控制策略，包括：

获取周向平均速度的径向分量和轴向分量；

其中，所述径向分量为：

其中，是周向平均速度的径向分量，r是径向坐标，z是轴向坐标，ψ是叶片附着涡诱导流场的流函数，Φ是源和汇诱导流场的势函数；

所述轴向分量为

其中，是周向平均速度的轴向分量，r是径向坐标，z是轴向坐标，ψ是叶片附着涡诱导流场的流函数，Φ是源和汇诱导流场的势函数；

获取周向平均流动势函数的控制方程为：

其中，是周向平均速度的轴向分量，是周向平均速度的径向分量，r是径向坐标，z是轴向坐标，Φ是源和汇诱导流场的势函数，B是叶片数，K是周向平均流动势函数，t_θ是叶片的周向厚度；

获取周向平均流动流函数的控制方程为：