[发明专利]一种端区叶片前缘仿生处理方法

摘要

本发明涉及一种端区叶片前缘仿生处理方法，属于能源动力领域。本方法将仿生学与控制马蹄涡、抑制附面层发展和降低损失的原理相结合，把具有流线型身体的海洋动物(如海豚、鲸等)，尤其是将海豚头部流线型可以有效地减小前进时的阻力、降低损失的特点应用于叶轮机械叶片的前缘处理中；即在端壁区前缘添加海豚头部尖区形状结构，获得低损失、高性能叶片，以有效改善叶轮机气动性能，提高整机效率。本发明不仅可广泛适用于航空、航天、航海及工业能源动力领域的叶轮机中，同样适用于处在流动中的两固壁交汇区域。

主权项

一种端区叶片前缘仿生处理方法，其特征在于：将仿生学与控制马蹄涡、抑制附面层发展和降低损失的原理相结合，把具有流线型身体的海洋动物，尤其是将海豚头部流线型可以有效地减小前进时的阻力、降低损失的特点应用于叶轮机械叶片的前缘处理中；其具体实现方案如下：步骤1，根据实际需求，采用常规方法进行叶轮机原始叶片设计：步骤2，在步骤1基础上，采用理论估算或数值模拟方法确定来流端壁附面层厚度δ，并选定实施近端壁区向前探伸前缘的前缘处理结构范围：前缘处理结构高度h满足10δ＞h＞0.5δ；前缘在根部前伸长度L满足100δ＞L＞0.1δ；步骤3，根据步骤2得到的前缘处理结构范围，去除原始叶片一端的端壁型线前缘线，将通用的海豚头部嘴形结构型线移至此前缘；保持叶型前缘的前伸长度L不变，根据原始叶片去除前缘线后的叶型前缘展向宽度，按比例调整海豚嘴型线的展向尺寸，使其展向两个端点分别与去除前缘线后的叶型前缘两端点完好接合，生成处理后叶片一端的海豚嘴端壁型线；步骤4，将步骤3调整后的端壁海豚嘴型线按一定的比例因子α进行缩小，并将其移至原始叶片近端壁型线前缘处，使其与去除前缘线后的叶型近端壁前缘两端点完好接合，去除中间多余的近端壁前缘线段，可得处理后叶片的近端壁型线；步骤5，采用与步骤4相同的方法可得到相邻高度处的叶片型线，依次类推，在前缘处理结构高度h处，海豚嘴型线缩小至0，叶片型线转化为原始型线，前缘处理结构高度h处即为前缘处理结构的最高点；步骤2到步骤5得到的所有处理后的海豚嘴前缘型线构成了叶片前缘处理结构的外包络面；步骤6，将步骤5生成的前缘处理结构外包络面与原始叶片接触处进行光滑过渡曲线或曲面连接，完成对叶片一端的前缘处理；步骤7，对步骤1得到的原始叶片的另一端，采用如步骤3‑步骤6所述的方法进行同样处理，即得到了经前缘处理后的海豚型线叶轮机叶片形状。