[发明专利]一种流道收缩曲线设计方法

说明书

本发明公开了一种流道收缩曲线设计方法，包括流道收缩曲线开始截面定义的入口截面和收缩曲线结束截面定义的喉部截面；以入口截面圆心为原点，流动方向为X轴，入口截面半径方向为Y轴建立坐标系，流道收缩曲线满足方程：，入口截面的半径设为R，喉部截面的半径设为r，收缩曲线轴向总长度设为L，则：b=L/（/‑1），a=R。本流道收缩曲线设计方法，由流体力学微分方程推导出对应的收缩曲线方程，并引入常数c，‑0.5≤c≤‑0.25，此方程在实际应用中，可以在流场压力梯度与速度梯度之间取得适度均衡，从而达到设计和使用要求，以解决现有技术中曲线入口和出口压力收缩过快，导致壁面分离，容易出现速度过冲，影响出口速度的稳定问题。

技术领域

本发明涉及水射流以及风洞、水洞等流体技术领域，具体为一种流道收缩曲线设计方法。

背景技术

流道收缩曲线属于流体技术领域，功能是提供流体通道从大截面向小截面的过渡曲线。流道收缩曲线最基本的设计要求是保证流场均匀平稳过渡；其次还有减小能量损失、减小汽蚀风险等技术要求。目前流道收缩曲线主要用于水射流喷嘴以及风洞、水洞等流体技术领域。

水射流喷嘴用流道收缩曲线是按经典喷嘴理论设计的，即长径比1.5-4的锥度。这种设计比较粗糙：长径比大则需要增大流道的空间尺寸，长径比小则出口速度难以稳定。锥度流道收缩曲线，截面收缩率与截面半径成正比，入口收缩最快，容易出现逆压梯度，所以长径比不能太小。

风洞、水洞流道收缩曲线，用到的类型较多，以维托辛斯基曲线、双三次曲线、五次曲线居多。维托辛斯基曲线入口压力收缩过快，容易出现逆压梯度，导致壁面分离；双三次曲线、五次曲线出口收缩过快，容易出现速度过冲，影响出口速度的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流道收缩曲线设计方法，以解决上述背景技术中提出的曲线入口和出口压力收缩过快，导致壁面分离，影响出口速度的稳定问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种流道收缩曲线设计方法，包括入口截面和喉部截面，所述入口截面定义为流道收缩曲线的开始截面；所述喉部截面定义为流道收缩曲线的结束截面；所述入口截面的圆心设为原点，流动方向设为X轴，入口截面的半径方向为Y轴建立坐标系，流道收缩曲线满足方程：

(其中: -0.5≤c≤-0.25)

入口截面1的半径设为R，喉部截面2的半径设为r，收缩曲线轴向总长度设为L，则：

b=L /（/-1）

a=R

优选的，当c= -0.5时，流体以恒定速度梯度通过流道收缩区域；当c= -0.25时，流体以恒定压力梯度通过流道收缩区域。

优选的，当c=-1/e时，e为自然对数底，曲线方程等价于：y = a - ln(x+b) 或x = - b。

优选的，所述c的取值范围进一步可选为-0.5c-0.25。

优选的，所述流道收缩曲线两端有过渡曲线，过渡曲线由过度圆弧和过度直线拼接而成，其满足流道收缩曲线方程的曲线段轴向长度超过流道总轴向长度的50%，都在本专利的保护范围。

优选的，通过曲线拟合方式完成上述设计的，都在本专利的保护范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本流道收缩曲线设计方法，由流体力学微分方程推导出对应的收缩曲线方程，并引入常数c，-0.5≤c≤-0.25，此方程在实际应用中，可以在流场压力梯度与速度梯度之间取得适度均衡，从而达到设计和使用要求，以解决现有技术中曲线入口和出口压力收缩过快，导致壁面分离，容易出现速度过冲，影响出口速度的稳定问题。

附图说明

图1为本发明的实施示意图；