[发明专利]一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮

说明书

本发明公开了一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮，流动控制方法包括以下步骤：确定凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，凸起结构的前缘控制曲线与叶片头部的夹角；根据起始位置、终止位置和夹角，获取前缘控制曲线的控制方程；根据控制方程，得到凸起结构的前缘控制曲线。根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，根据起始位置、终止位置、夹角控制前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，凸起结构能降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及水力机械叶轮技术领域，尤其是涉及一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮。

背景技术

水力机械叶轮叶片作为水能、潮汐能等清洁能源的核心转换设备，其高效稳定运行对于提高能量利用效率、降低碳排放等具有重要意义。在水力机械叶轮中，叶片顶部与壳体内壁之间存在小尺寸的叶顶间隙，由于叶顶间隙两侧存在压差，导致产生间隙泄漏流动，并进而诱发旋涡、空化等非稳定流动现象，对叶轮的能量性能和运行稳定性产生损害。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，所述流动控制方法可以控制凸起结构的前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，利用凸起结构改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。

本发明还提出一种具有叶片头部凸起结构的叶轮。

根据本发明第一方面实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，包括以下步骤：确定所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，以及，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角；根据所述起始位置、所述终止位置和所述夹角，获取所述前缘控制曲线的控制方程；根据所述控制方程，得到所述凸起结构的所述前缘控制曲线。

根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，可以根据凸起结构的起始位置、终止位置以及夹角，控制凸起结构的前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，采用凸起结构可以抑制水力机械叶轮内叶顶间隙泄漏涡及空化，有效降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，从而抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，在保证叶轮内叶片做功性能的同时，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性，并且叶片头部凸起结构简单，易于实现，适用于任何类型的叶片式水力机械，可以有效提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。

根据本发明的一些实施例，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。

根据本发明的一些实施例，所述叶片包括叶片本体，所述凸起结构设于所述叶片本体的叶片头部且靠近所述叶片本体的叶片顶部，所述叶片头部与所述叶片顶部的交点为原点位置，其中，所述起始位置位于所述叶片本体的叶片头部，所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置与所述原点位置之间的距离为ζ_m，所述ζ_m与叶顶间隙δ正相关；所述凸起结构的前缘控制曲线的终止位置位于所述叶片顶部的延长线上，所述终止位置与所述原点位置之间的距离为λ_m，所述λ_m与叶顶间隙δ正相关。

在一些实施例中，所述ζ_m取值范围为0.5δ-3.0δ。

在一些实施例中，所述λ_m取值范围为0.5δ-3.0δ。

在一些实施例中，所述控制方程为：