一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法技术

本发明专利技术属于流体机械相关技术领域，其公开了一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法，所述方法包括：S1，在第一预设范围和第二预设范围内分别确定相对弯度m和相对弯度位置p以使中弧线的计算方程；S2，根据叶型厚度分布函数获得所述叶片的截面对应的厚度，结合所述厚度和中弧线获得所述截面对应的叶型，以此方式获得多个截面的叶型进而获得优化后的叶片。本申请通过控制叶片厚度、相对弯度和相对弯度位置来改变叶片的中弧线、吸力面曲线和压力面曲线，使得优化后的叶片更加适用叶轮内部流动情况，减少了流动损失，能够有效解决轴流风机效率低、噪声大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法
本专利技术属于流体机械相关
，更具体地，涉及一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法。
技术介绍
轴流风机因其结构简单、流量大、体积小等特点，在通风机械中被广泛应用，轴流风机不仅可用于冶金、化工、轻工、食品等传统行业，随着城市发展，高层建筑对轴流风机的需求也不断增加，尤其是随着新行业、新领域的出现，对轴流风机的性能提出了更高的要求。大多数轴流风机采用原始的设计方法，效率比较低，噪音较高。在运行过程中耗能大，影响周围环境，大大浪费能源，不利于可持续发展。因此，亟需对现有的轴流风机进行改进以进一步优化轴流风机的性能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法，通过对轴流叶片的中弧线、叶片厚度、掠角、弯角、安装角、弦长等进行了全方位优化设计，使得优化后的叶型更加符合流体的流动轨迹，流动阻力显著降低，噪声显著减小，优化后的轴流风机效率显著升高。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法，其特征在于，所述轴流叶片安装于轮毂上，将所述轮毂的轴线设为z轴，将过所述轴流叶片底面的积叠点并垂直于所述z轴的平面设为xoy平面，o点与所述积叠点的连线为x轴，y轴垂直于所述x轴和z轴所述方法包括：S1，在第一预设范围和第二预设范围内分别确定相对弯度m和相对弯度位置p以使中弧线的计算方程的横坐标和纵坐标满足以下关系式：其中，x为中弧线的横坐标，yc为中弧线的纵坐标，l为叶弦的长度，m＝f/1，f为所述中弧线与所述叶弦的最大间距；S2，根据叶型厚度分布函数获得所述叶片的截面对应的厚度，结合所述厚度和中弧线获得所述截面对应的叶型，以此方式获得多个截面的叶型进而获得优化后的叶片。优选地，所述叶片的关键高度处叶型厚度分布函数H(x)的表达式为：其中，t为所述叶片的关键高度处的最大相对厚度的预设值。优选地，所述叶片的关键高度处的最大相对厚度的预设值t的取值为：当(r-RH)/(RS-RH)＝0时，t的取值为10.0％；当(r-RH)/(Rs-RH)＝0.5时，t的取值为8.0％；当(r-RH)/(RS-RH)＝1时，t的取值为6.0％；其中，Rs为所述叶片的顶面所在的圆柱体的直径，RH为所述叶片的底面所在的圆柱体的直径，r为表面交于所述叶片且与所述轮毂同轴线的圆柱体的直径。优选地，根据如下公式获得其他高度处的最大相对厚度的预设值：t(x)＝a1x2+b1x+c1其中，系数a1，b1c1根据(r-RH)/(RS-RH)＝0、(r-RH)/(Rs-RH)＝0.5和(r-RH)/(Rs-RH)＝1的t值反求获得。优选地，所述叶片的关键高度处的叶弦的长度l的取值为：当(r-RH)/(RS-RH)＝0时，l的取值为70mm～80mm；当(r-RH)/(Rs-RH)＝0.5时，l的取值为55mm～65mm；当(r-RH)/(RS-RH)＝1时，l的取值为45mm～55mm；其中，Rs为所述叶片的顶面所在的圆柱体的直径，RH为所述叶片的底面所在的圆柱体的直径，r为表面交于所述叶片且与所述轮毂同轴线的圆柱体的直径。优选地，根据如下公式获得其他高度处的叶弦的长度l的取值：l(x)＝a2x2+b2x+c2其中，系数a2，b2和c2根据(r-RH)/(RS-RH)＝0、(r-RH)/(RS-RH)＝0.5和(r-RH)/(Rs-RH)＝1的l值反求获得。优选地，所述第一预设范围为3％～6％；所述第二预设范围为30％～40％。优选地，原点o与所述叶片的叶顶截面的积叠点的连线与z轴正方向的夹角为掠角，原点o与所述叶片的叶顶截面的积叠点的连线与x轴正方向的夹角为弯角，所述掠角的取值范围为-5°～+5°，所述弯角的取值范围为-5°～+5°。优选地，所述叶片的空间积叠线，将所述空间积叠线分别投影到xoz平面和xoy平面得到掠积叠线和弯积叠线，所述掠积叠线和弯积叠线的曲线形式均满足三次函数。优选地，所述y轴与所述叶弦的夹角为叶片安装角，所述叶片的关键高度处的叶片安装角α的取值为：当(r-RH)/(Rs-RH)＝0时，所述叶片安装角α的取值为55°～65°；当(r-RH)/(Rs-RH)＝0.5时，所述叶片安装角α的取值为45°～55°；当(r-RH)/(RS-RH)＝1时，所述叶片安装角α的取值为35°～45°；其中，Rs为所述叶片的顶面所在的圆柱体的直径，RH为所述叶片的底面所在的圆柱体的直径，r为表面交于所述叶片且与所述轮毂同轴线的圆柱体的直径。优选地，根据如下公式获得其他高度处的叶片安装角α(x)：α(x)＝a3x2+b3x+c3其中，系数a3，b3和c3根据(r-RH)/(RS-RH)＝0、(r-RH)/(Rs-RH)＝0.5和(r-RH)/(RS-RH)＝1的α值反求获得。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的非等厚翼型轴流叶片的优化方法具有如下有益效果：1.本申请通过控制弦长、相对弯度和相对弯度位置控制中弧线的形状，通过控制叶片厚度确定吸力面曲线和压力面曲线，并且无论是中弧线的形状还是压力面曲线和吸力面曲线的形状均是二次函数变化，使得优化后的叶片形状更加符合流体的流动轨迹，进而提高了轴流风机的效率，降低了噪声；2.本申请通过设定关键叶高处的参数，进而反求处整个叶片其他叶高处弦长、最大相对厚度、叶片安装角等的变化曲线，设计简单，易于操作；3.为获得更好的性能，本申请还对叶片的安装角进行了优化，进一步提高了叶片的流动性能，使得流体与叶片基础处具有最小的阻力；4.本申请还对叶片的掠角、弯角、掠积叠线和弯积叠线进行了全方位的优化设计，使得流体流过该叶片时流动损失显著减少，轴流风机效率显著增加。附图说明图1示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的安装示意图；图2A示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的主视图；图2B示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的右视图；图2C示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的俯视图；图3示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的多个截面示意图；图4示意性示出了本实施例中非等厚翼型轴流叶片的截面展开示意图；图5示意性示出了本实施例中叶片最大厚度为15％翼型的流线压力分布图；图6示意性示出了本实施例中叶片最大厚度为6％翼型的流线压力分布图；图7示意性示出了本实施例中叶片前掠示意图；图8示意性示出了本实施例中叶片前弯示意图；图9示意性示出了本实施例中具有非等厚翼型轴流叶片的轴流风机原型与优化后数值模拟全压效率特性曲线；图10示意性示出了本实施例中具有非等厚翼型轴流叶片的轴流风机原型与优化后数值模拟全压特性曲线。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法，其特征在于，所述轴流叶片安装于轮毂上，将所述轮毂的轴线设为z轴，将过所述轴流叶片底面的积叠点并垂直于所述z轴的平面设为xoy平面，o点与所述积叠点的连线为x轴，y轴垂直于所述x轴和z轴，所述方法包括：/nS1，在第一预设范围和第二预设范围内分别确定相对弯度m和相对弯度位置p以使中弧线的计算方程的横坐标和纵坐标满足以下关系式：/n

【技术特征摘要】
1.一种非等厚翼型轴流叶片的优化方法，其特征在于，所述轴流叶片安装于轮毂上，将所述轮毂的轴线设为z轴，将过所述轴流叶片底面的积叠点并垂直于所述z轴的平面设为xoy平面，o点与所述积叠点的连线为x轴，y轴垂直于所述x轴和z轴，所述方法包括：
S1，在第一预设范围和第二预设范围内分别确定相对弯度m和相对弯度位置p以使中弧线的计算方程的横坐标和纵坐标满足以下关系式：



其中，x为中弧线的横坐标，yc为中弧线的纵坐标，l为叶弦的长度，m＝f/1，f为所述中弧线与所述叶弦的最大间距，所述第一预设范围为3％～6％；所述第二预设范围为30％～40％；
S2，根据叶型厚度分布函数获得所述叶片的截面对应的厚度，结合所述厚度和中弧线获得所述截面对应的叶型，以此方式获得多个截面的叶型进而获得优化后的叶片。


2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述叶片的关键高度处叶型厚度分布函数H(x)的表达式为：



其中，t为所述叶片的关键高度处的最大相对厚度的预设值。


3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述叶片的关键高度处的最大相对厚度的预设值t的取值为：
当(r-RH)/(RS-RH)＝0时，t的取值为10.0％；
当(r-RH)/(RS-RH)＝0.5时，t的取值为8.0％；
当(r-RH)/(RS-RH)＝1时，t的取值为6.0％；
其中，RS为所述叶片的顶面所在的圆柱体的直径，RH为所述叶片的底面所在的圆柱体的直径，r为表面交于所述叶片且与所述轮毂同轴线的圆柱体的直径。


4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，根据如下公式获得其他高度处的最大相对厚度的预设值：
t(x)＝a1x2+b1x+c1
其中，系数a1，b1和c1根据(r-RH)/(RS-RH)＝0、(r-RH)/(RS-RH)＝0.5和(r-RH)/(RS-RH)＝1的t值反求获得。


5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述叶片的关键高度处的叶弦的长度l的取值为：
当(r-RH)/(RS-RH)＝0时，l的取值为70mm～80mm；
当(r-RH)/(R...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，王威，李志昂，尹国庆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42