[发明专利]大型冷却塔风机叶片高逼真、非均一型仿鲨鱼沟槽微结构的设计方法

摘要

本发明涉及一种大型冷却塔风机叶片高逼真、非均一型仿鲨鱼沟槽微结构的设计方法，更特别地说，是指根据风机叶片不同径向区域线速度的不同进行高逼真、非均一型仿鲨鱼盾鳞沟槽微结构的差别化设计以实现高效仿生减阻降噪的方法，属于工程仿生技术领域。有益之处：（1）本发明在针对大型冷却塔风机叶片进行减阻降噪结构设计时充分考虑到了“以翼弦为特征长度的雷诺数在风轮径向方向是变化的”这一重要事实，较现有均一型设计更加科学、合理；（2）本发明提供的高逼真仿鲨鱼沟槽微结构的设计方法较现有抽象、简化型低逼真度仿鲨鱼减阻降噪微结构设计更能保证其高效的实际使用效果。

主权项

大型冷却塔风机叶片高逼真、非均一型仿鲨鱼沟槽微结构的设计方法，包括：第三步：鲨鱼盾鳞沟槽微结构生物原型提取（A）选择典型快游速鲨鱼并裁切出一定面积的新鲜鲨鱼皮，借由适当的预处理工艺，制得鲨鱼皮生物模板，进而作为冷却塔风机叶片上高逼真仿鲨鱼沟槽微结构的生物原型；（B）对经（A）步骤制得的鲨鱼皮生物模板进行高精度三维表面轮廓扫描，得到其高精度表面形貌图像，提取鲨鱼盾鳞沟槽微结构的横截面轮廓曲线，进而提取沟槽宽度、鳞脊高度、鳞片倾角以及有关沟槽截面轮廓的具体数据；其特征在于，还包括如下步骤：第一步：冷却塔风机叶片虚拟分区及参数提取（A）兼顾减阻降噪必要性及后续加工经济性，将每个风机叶片正反两面由叶尖到回转中心方向上一定范围内的径向表面虚拟地分成若干分区，各分区间的虚拟分界线与风机叶片的回转轨迹保持一致；（B）从后续加工经济性角度将叶片正反两面上具有微小结构尺寸差别的对应分区视为完全相同，进而根据叶片翼型及设计尺寸，依次提取经（A）步骤划分的各分区径向中心位置处中心翼弦的弦长值；（C）根据冷却塔风机叶片的设计额定转速及叶片尺寸，提取各分区径向中心位置处的回转半径作为该分区中心翼弦的回转半径，进而依次计算各分区中心翼弦的线速度；第二步：叶片各虚拟分区最佳沟槽宽度流体计算（A）根据第一步计算出的各分区中心翼弦线速度，并以各分区中心翼弦弦长值作为几何特征长度，按照公式1计算各分区叶片的雷诺数R_e，式中V为中心翼弦线速度，L为中心翼弦几何特征长度，为空气介质密度，μ为空气介质动力粘度；（1）（B）根据经（A）步骤计算出的各分区叶片雷诺数R_e的数值范围，按照史里希丁公式2计算叶片湍流边界层的摩阻系数C_f；                （2）  （C）根据经（B）步骤计算出的各分区叶片湍流边界层的摩阻系数C_f，按照公式3计算各分区中心翼弦处仿鲨鱼沟槽微结构发挥最佳减阻效果时的最佳沟槽宽度s；（3）第四步：高逼真仿鲨鱼沟槽微结构非均一化分区设计（A）以第二步计算出的各分区中心翼弦处仿鲨鱼沟槽微结构发挥最佳减阻效果时的最佳沟槽宽度s作为各分区整个区域上仿鲨鱼沟槽微结构的设计沟槽宽度，将各分区的设计沟槽宽度与第三步获取的生物原型沟槽数据进行数值比对，以此为依据对各分区仿鲨鱼沟槽横截面轮廓进行比例缩放基础上的高精度、差别化设计； （B）以第三步获取的高精度鲨鱼皮表面形貌作为冷却塔风机叶片上高逼真仿鲨鱼沟槽微形貌的设计依据，将经（A）步骤设计出的各分区仿鲨鱼沟槽横截面轮廓进行三维化处理，形成若干非均一型独立、有倾角、呈菱形交错排列的仿鲨鱼鳞片结构，最终以各虚拟分区为单位在大型冷却塔风机叶片上完成高逼真、非均一型仿鲨鱼沟槽微结构的设计。