[发明专利]一种防冰叶片的设计计算方法

摘要

本发明涉及一种发动机压气机零级防冰叶片的设计计算方法。其主要是建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图，进行流量计算，水撞击率计算，叶片外换热系数计算，叶片内部热气流腔的换热系数计算，叶片热平衡计算，最后对计算结果分析。本发明能快速完成叶片内部热气流腔的建立和修改、流路网络图的生成、叶片内部热气流腔的流动、换热和水撞击率计算以及热平衡计算分析，缩短设计周期，减少了设计费用。

主权项

1、一种防冰叶片设计计算方法，其特征在于：A、建立叶片内部热气流腔和引气管路独立流动单元，再将全部独立流动单元和引气管路连接构成流路网络图；B、流量计算对于任一流动节点，空气流量计算公式为：$\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{mij}}=0$式中：qmij-从i流动单元到j流动单元的质量流量的代数值；C、水撞击率计算水撞击率是叶片前缘圆、叶盆、叶背和后缘圆局部水撞击率的总和，局部水撞击率的计算式为：W″w，l＝ρw*V0*β$\mathrm{\β}=\frac{d{Y}_0}{\mathrm{ds}}$式中：ρw密度，：V0速度，局部水撞击效率，ds微元面积，dY0水滴间距；D、叶片外换热系数计算叶片外换热系数包括叶片前缘、叶盆、叶背和后缘圆局部换热系数，叶片前缘的计算公式为：$\mathrm{\α}=1.14\frac{\mathrm{\λ}}{D}{\mathrm{Re}}_D^{0.5}{\mathrm{Pr}}^{0.4}[1-{\left(\frac{\mathrm{\θ}}{90}\right)}^3]$式中：λ-空气的导热系数，D-叶片前缘当量直径，ReD-以D为特征尺寸的来流空气雷诺数Pr-空气普朗特数θ-计自前缘驻点的角度，叶盆、叶背和后缘圆的计算公式为：$\mathrm{\α}=n_c\frac{\mathrm{\λ}}{S}{\mathrm{Re}}_S^{n_2}{\mathrm{Pr}}^{n_1}$式中：nc＝0.02--0.4，n1＝0.05-0.7，n2＝0.25-0.5λ-空气的导热系数，s-叶片表面弧长ReS-以s为特征尺寸的来流空气雷诺数，Pr-空气普朗特数；E、叶片内部热气流腔的换热系数计算根据公式$\mathrm{\α}=0.023\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{De}}{\mathrm{Re}}_{\mathrm{De}}^{0.8}{\mathrm{Pr}}^{0.4}$式中：λ-空气的导热系数，De-流通管道的当量直径ReDe-以De为特征长度的雷诺数，Pr-空气普朗特数；F、叶片热平衡计算根据热平衡计算公式q＝q1+q2-q3+q4-q5，计算叶片表面温度分布t；G、计算结果分析叶片表面温度分布t由公式tmin＝∑t计算出叶片表面最小温度tmin，tmin大于设计点值t0时，叶片内部热气流腔为设计合理。