[发明专利]一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵

说明书

本发明公开了一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵，叶片泵的每一级由叶轮及与之配合的导叶组成，叶片泵叶轮的叶片包括：进口角、型线和出口角，其中，叶片在延伸方向上具有第一端和第二端，第一端连接进口角，第二端连接出口角；叶片的进口角由基于奥森涡的设计方法进行确定；叶片的型线和出口角由正反问题迭代方法进行确定。基于奥森涡的叶片设计方法利用奥森涡模型确定上级导叶的下游流场，通过叶片进口的速度三角形确定位于上级导叶下游流场的叶片进口角。根据本发明实施例的叶片泵，可以有效减小叶轮进口的冲击损失，提高多级叶片泵的扬程和效率。

技术领域

本发明涉及叶片泵技术领域，特别涉及一种基于奥森涡的叶片设计方法及其设计的叶片泵。

背景技术

近年来，流体机械正朝着高水头高效率的方向不断发展。采用多个叶片泵连续串联形成多级结构是有效提高泵系统总扬程的有效手段。目前，在多级叶片泵系统中，每一级均采用完全相同的叶片泵是最为常见的方式。实验观测和数值模拟的结果表明，当各级采用完全相同的叶片时，由于每一级叶片进口处入流条件的不同，会导致后级流道中发生明显的流动分离现象，严重影响多级系统的运行效率和安全稳定。

在多级叶片泵系统中，目前主要通过各类优化算法实现对多级叶片泵性能的提升。一方面，采用优化算法提升多级叶片泵的性能时，一般需要大量的算例作为样本，资源耗费较大；另一方面，利用优化算法得到的结果很难在理论上做出解释，往往难以进行推广。

本发明实施例提出的基于奥森涡的叶片设计方法，是从理论层面推导得到的多级叶片泵设计方法，是快速有效提升其性能的重要途径。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种叶片泵的叶片设计方法，该方法可以快速对多级叶片泵进行设计，有效提升多级叶片泵系统的扬程和效率。

本发明的另一个目的在于提出一种叶片泵的叶片。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种叶片泵的叶片，包括：进口角和出口角，叶片在延伸方向上具有第一端和第二端，所述第一端连接所述进口角，所述第二端连接所述出口角，所述第一端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间形成的所述进口角由基于奥森涡的设计方法进行确定，所述第二端的轴面流线的切线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的出口角由正反问题迭代方法进行确定；和，型线，所述叶片的轴面流线的切线与垂直于所述轮毂轴线的平面之间形成的安放角沿相对轴面流线的分布规律由正反问题迭代方法进行确定。

本发明实施例的叶片泵的叶片，利用奥森涡模型确定上级导叶的下游流场，通过叶片进口的速度三角形确定位于上级导叶下游流场的叶片进口角，从而可以快速完成多级叶片泵的设计，有效提升多级叶片泵系统的扬程和效率，有效减小叶轮进口的冲击损失，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的叶片泵的叶片还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述奥森涡模型确定的上级导叶的下游流场中流动速度沿圆周方向分量的分布规律为：

其中，ν为多级叶片泵中输运的流体的运动粘度，r_s为所述上级导叶在轮缘处的半径，r_h为所述上级导叶在轮毂处的半径，Γ_D为所述上级导叶在导叶叶片出口处的速度环量，L为对应于所述上级导叶下游的轴面流线上预定位置与上级导叶叶片出口之间的距离，c_m4为所述上级导叶下游的流动速度沿轴面流线方向的分量，r为所述上级导叶下游流场中预定位置处的半径，t₀为根据上级导叶结构确定的参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过叶片进口的速度三角形确定所述进口角，公式为：