《离心风机叶轮子午型线的数值设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心风机叶轮子午型线的数值设计（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第?卷! #年第#期?月西安交通大学学报栩冤服%摘要本文以离心风机叶轮为衬 象,通 过理论分析 并应 用电子计算机,获得了一种对三维设 计和一维设计离心 风机叶轮子午流道形状均可适用的数值方法与 作图方法相 比较,本数值方法能够简捷而准确地获得满足 给定子午速 度分布的 叶轮子午型线一 次上机即可得到多个设计方案,便于设计者优化选择因而具有很好的工程实用性主题词? ?,前言叶轮是透平机械的主要元件,其 气动 特性对 整机性能 有着 决定性的影 响,子 午流动 设计是叶 轮气动设 计的主要 组 成部 分,因为子午流动会强烈地 影响跨 叶片 面上的流动品质,反映在设 计过程 中,子午设计必须同迥转
2、 面上 叶片设 计相匹配而进行迭 代计算。当采 用 三维流 动理论 进行 气动 设计时,通 常把子午流 道形 状 视为可 调整量,通过改 变子午流道型 线和叶片加载规律计算得到若干初始 方案,从 中择 优挑 选需要者。但目前广 为采用的子午流 道设计方 法,普遍借 用水 泵设 计经 验,视叶轮子 午流 道型线为 内切圆族 的色络廓线 ?,用作图法 勾画出子午型 线后,如果内切园族所 代表 的流 道面积 变 化规律符合 所要求的子午 速度分布时,才算初步给 出了子午流 道形状,进而考 虑 叶片加 载问题,否则 尚需反 复作图试凑,直到 获得满 意的子 午速度 分布我 们 注 意到,用作 图法 得
3、到的轮盖形状 不一定能保证子午速度的连续性可见有必要 开发一种快 速灵活的 子午型线 设计方法,这便是本 文的目的 所在。本文!年 ?月? 日收至+#西 安交通大 学学报第? ?卷本文 所开拓的 数值方 法,无论 对三 维设 计或 一维 设计 均可 适用。它不 但 能加 速设计进程,而且提高了设 计精度。由于应用电子计算机程 序辅助 设 计,一次上机即可获得 多个方案。如果 设计者提出了某种目标函数,那 么本方 法可作为一个程 序段 去 完 成 优 化设计 任务。作为本方法的第一阶段,本文 首 先以离心式风机叶轮子午型线为对 象,通 过 理论 分析和解析 几何 方法,导出叶片区轮盖型线 的数值
4、计算公式和 无 叶区盘盖型 线的数值计算公式,进而以!一 !高 效风机为考核算例,结 果两者的轮盖型 线 很接近,证明本 方法有很 好的实用价值。由!一 !,!一?#风 机 的设计实践证明,子 午型线的流 道设 计方法配以迥转面上的二维流动 分析和边界层 计算,同样可以获 得高 的机器 效 率,而 且从 工艺角度看,由于叶片型 面是轴向柱面叶片,加 工比较简单,造 价低 廉,故有 较 大的吸引力本文所 推 导的子午型线公武,均以此为前提 获得。叶片区子午型线的数值设计在一维通流 设计中,叶轮 子午 流道被认为是由众多内切园包络线 所构 成的弯 曲通 道,所以子午型 线就是 这些 内切 园族 的
5、包 络线,可以利 用明显的几何关系,采 用比较 简单的解析法来建立包络方程。如对通风机来说,叶片区内的轮盘型 线是垂 直于叶轮轴 的直 线,仅在进口前的无叶区有一段园滑曲线。由此,可以把叶轮 子午型 线分 为 叶片区和无叶片区两部分,分别 进行数值设计。如 图 所 示,设横 轴 恰为叶轮 转轴,纵 轴护垂直于转轴车 仑 盖型线8仔歹丫,甲百一训万耳不获二子平即:“十几一?+“一式 中:,;是 内切园切点的坐标,!+犷是参变量。将! +式对参变 量犷求 一 阶导数有(一 %;一俨+5了:甲+ 二 %二甲下+“。俨5互多.巡遇丝%二甲二票. 尝一% ;一心一晋. ;一。一。 +据微分几何理 论,联
6、立! +、 +两 式,就 能求出给定 参变 量犷下的型 线坐标:,一 刀.消去参变量犷后便可 得到子 午流 道 内切园族的 包络方程。这 里。,一告%(;+在计算中,还可以假定不充 满修正系 数甲和叶片阻塞系 数沿气动 半 径(,均 符合线性 变 化规律,即令切%一切. ?:一?:一犷么一犷甲一切, #护,一护,+下3下,十#犷,一犷、+?西安 交 通大学 学 报第?卷联系: ;、:;两式,便有?几 ,令剖二脚?十“,“ : ?;可以看到,借助于方程: # ;、: ;两式求取 内切园族包络 线的解 析解 是十 分困难的,应用牛顿迭代 法进行 数值解就较为方便。实践 证 明,此法 收 敛 性好,
7、又能 获得 满意的精度为了 进行牛 顿迭 代,令: # ;式左边等于函数 :;,: ;式左边等于函数:丑;,若设。 。通,。、, 、?犷五,4 五令?犷十丑;【二号产,、一?一一、? 匕翻 8 4一4一犷4一“:4一;“ 4二?了十4。一?、一,十几?:;一“84;各式对参变量,求一阶偏导 数得;第#期离心风机叶轮子午型线的数值设计?此 外,可以根据 轮盘型 线是 直线或 直 线加部 分曲线的不同要求,来选 择 无叶区起 始内切 园园心 位置:礼,几;,据 此便 得到 系数尸的表达 式 :7_,叶片数 一 ?,叶片厚 度各一?_ 二,叶片进出口安 装角 尸,一? “,月过,不充满修 正系 数甲
8、 一?! ?,切结语本文 介绍 的数值方法,从流 动过 水断 面概 念出 发,首先建立叶轮子 午流 道内切园族的 包络方程,选用适当的 数值 计算方法,实现电子计算 机的数值解它 与传统的图解法 相比较,更 能简 捷而 准确地获 得满足 给定 子 午速度分布的 叶轮子午型 线通 过对!一!高效 离心风 机的 对比性验算,结果两者的轮盖型线几乎重合,证明本 方法是可靠的,所 作的 数学处 理和物理假设 是合 理的,因而具有 良好的工程 实用 价值由于迭 代公 式的繁 复,手算比较困难,应用 电子计算机能 做到快速而 准确,有利于实现叶轮设 计的最优 化 ?工? 参考文献西 安交通大学透平压 缩机
9、教研 室编著:下接 第页;西安交 通大 学 学 报第? ?卷:上接第 页;【#埃克著通 风机,机械工业出版社,! ? 西安交大流体力 学教研组,华中 工学院水力机械教研 组合编泵与风机,! # ,【中国科学院沈阳计算技 术研究所等编电子计算机常用算法,科学 出版社,! ?,【! 沈天 耀前 向叶轮的流 动模 型及其 设计 计算方法,清 华大 学学报!?,%7? ? +9 月臼/ 9,? 7刀 9 ”/,/?, 7,几只 .。妞(中。9水万 7 .7 / +.几7 4 7 月 9.玖4 / )+7 +9 997,?/9(工/7 .?9/且9,!#,忡9 。七?,七 9况。段七。,刀 印9+_9七77七肠+977七七 9一_97+9。二=7三一毗 。 +9泣时 9比9叮_ 9 班岔 跳协9血沈 + 舒 么卫且9皿_加沮_改7,七9北叩97_ _口 比跳旅9动 。_ 加77计77几 ?7几脱.9坦。7977拢 77_。_7七七9哪+吕9 7创+七?幼97七乳77779几。七_9龙97?_? 几7几7_留/,三几999_9 + 0。 9=!且7 797 7。99 9+ 9七?犯59 9.9 _仍9犷落云7黝子夕不恻。=落仍夕9名 名9 。,=恻饥。了落:乙。7名,=感。儿
