基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法与流程

本发明属于流体机械领域，尤其是涉及导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流问题。

背景技术：

1、导叶式水泵水动力核心部件为旋转的与叶轮与静止的导叶，叶轮与导叶的水动力性能决定了泵宏观特性。由于工作介质粘性的影响，叶轮与导叶表面都存在二次流，尤其在吸力面出口叶根附近区域，二次流引起能量损失并恶化流场。叶轮二次流产生的作用力为旋转运动的离心力与科氏力及流道弯曲产生的离心力，导叶无旋转运动，二次流由弯曲流道中流体曲线运动引起的离心力产生，通常导叶通道弯曲度较叶轮大，流体曲线运动的离心力也大于叶轮，二次流也非常显著(参见图1)。

2、推进泵导叶的功能是回收叶轮产生的周向诱导速度，通过叶片弯曲，将进口的轴向与周向速度混合体诱导为纯轴向。叶片弯曲后，形成了压力面与吸力面，两相邻叶片与轮毂、轮缘构成的通道内，流体受从压力面指向吸力面的横向压差力作用，主流区中，此压力与流线弯曲形成的离心力平衡，而在轮毂边界层内，流体速度很低，离心力小，边界层内的压差力与层外基本一致，离心力无法平衡压差力，轮毂边界层内流体呈现出从压力面流向吸力面的流动趋势，压差力驱动压力面边界层内的流体经轮毂流向吸力面。吸力面上，轮毂附近的压力高于中部区域，压差力驱动的二次流在吸力面叶根处在叶片表面压力的作用下继续往中部区域流动，随主流流出导叶。

3、针对导叶的二次流问题，目前尚缺乏解决途径。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供了基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，用于抑制水泵导叶叶片吸力面二次流，以提升流场品质、提高效率、减震降噪。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流速度矩分布的抑制方法，包括以下步骤：

3、步骤1，根据泵叶轮出口边速度矩确定导叶叶片沿进口边的速度矩分布；

4、步骤2，确定导叶出口边的速度矩分布；

5、步骤3，根据进出口边的速度矩确定各剖面沿子午流线的速度矩分布；

6、步骤4，根据以上的速度矩分布采用三元可控速度矩设计方法设计导叶片。

7、优选的，根据叶轮出口的速度矩分布及导叶子午面布置确定导叶沿进口边的速度矩分布。

8、优选的，导叶叶梢速度矩由叶轮叶片出口对应位置的速度矩确定；叶梢处，导叶速度矩比叶轮出口速度矩小10％；导叶速度矩较叶轮小7％；叶根处导叶速度矩较叶轮的小3％；其余剖面速度矩光顺过渡。

9、优选的，对于导叶出口速度矩，原则上各剖面均为0，最大限度将周向速度转化为静压。

10、优选的，叶根剖面的速度矩应使导叶出口安放角为85°-87°，叶梢剖面速度矩使叶片安放角为91°—93°，比转速高者取小值。

11、优选的，对于沿子午流线的速度矩，各剖面采用不同的分布形式。

12、优选的，梢部剖面从进口0到出口1，归一化速度矩关于归一化子午长度的分布特征为速度矩先快速减小，到中间位置后缓慢减小。

13、优选的，中间剖面速度矩关于归一化子午长度的分布特征为速度矩减小较均匀，前段减小稍快。

14、优选的，根部剖面速度矩关于归一化子午长度的分布特征为先缓慢减小，到中间位置后快速减小。

15、优选的，其余剖面速度矩分布在此基础上线性插值，均匀过渡。

16、综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

17、本发明提供了用于抑制水泵导叶叶片吸力面二次流的速度矩分布，采用该分布形式，应用水泵三元可控速度矩设计方法实现吸力面二次流的抑制，提升流场品质、提高效率、减震降噪。

18、针对叶轮的二次流问题，专利申请人前期提出了基于速度矩分布的二次流抑制措施(zl 202111260711.9)，实现了二次流的抑制。本发明针对导叶二次流问题，基于导叶水动力原理，提出了抑制二次流的速度矩分布，实现了二次流的抑制。本发明与专利(zl202111260711.9)构成了基于速度矩分布的水泵二次流抑制技术体系，提升了水泵流场品质与水动力性能，可以推广应用到空气透平领域(包括但不限于风机、空气压缩机)。

技术特征：

1.基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，根据叶轮出口的速度矩分布及导叶子午面布置确定导叶沿进口边的速度矩分布。

3.根据权利要求1所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，导叶叶梢速度矩由叶轮叶片出口对应位置的速度矩确定；叶梢处，导叶速度矩比叶轮出口速度矩小10％；0.7倍展向高度处，导叶速度矩较叶轮小7％；叶根处导叶速度矩较叶轮的小3％；其余剖面速度矩光顺过渡。

4.根据权利要求3所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，对于导叶出口速度矩，原则上各剖面均为0，最大限度将周向速度转化为静压。

5.根据权利要求4所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，叶根剖面的速度矩应使导叶出口安放角为85°-87°，叶梢剖面速度矩使叶片安放角为91°—93°，0.7倍展向剖面的速度矩使安放角为92°—95°，比转速高者取小值。

6.根据权利要求1所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，对于沿子午流线的速度矩，各剖面采用不同的分布形式。

7.根据权利要求6所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，梢部剖面从进口0到出口1，归一化速度矩关于归一化子午长度的分布特征为速度矩先快速减小，到中间位置后缓慢减小。

8.根据权利要求7所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，中间剖面速度矩关于归一化子午长度的分布特征为速度矩减小较均匀，前段减小稍快。

9.根据权利要求8所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，根部剖面速度矩关于归一化子午长度的分布特征为先缓慢减小，到中间位置后快速减小。

10.根据权利要求9所述的基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，其特征在于，其余剖面速度矩分布在基础上线性插值，均匀过渡。

技术总结本发明涉及基于速度矩分布的导叶式水泵导叶叶片吸力面二次流抑制方法，属于流体机械领域，其包括以下步骤：根据泵叶轮出口边速度矩确定导叶叶片沿进口边的速度矩分布；确定导叶出口边的速度矩分布；根据进出口边的速度矩确定各剖面沿子午流线的速度矩分布；根据以上的速度矩分布采用三元可控速度矩设计方法设计导叶片。本发明用于抑制水泵导叶叶片吸力面二次流的速度矩分布，以提升流场品质、提高效率、减震降噪。技术研发人员：蔡佑林,陈刚,杜冬梅,王俊,孔为平,王宗龙,王凯亮受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七0八研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29