(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210675922.7 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 上海理工大 学 地址 200093 上海市杨 浦区军工路516号 (72)发明人 戚乾刚　王乃安　杨欢　黄典贵　 (74)专利代理 机构 上海邦德专利代理事务所 (普通合伙) 31312 专利代理师 郭靖宇 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于径向速比寻优的轴流透平三维叶 片设计方法 (57)摘要 本发明提供一种基于径向速比寻优的轴流 透平三维叶片设计方法， 包括如下步骤： 1、 针对 给定工况， 将流道沿径向分成n个子流道， 在每个 子流道寻找最佳速比χopt， 使子流道的总静效率 ηts达到最优， 得到气动参数和总压损失系数 Yp‑loss沿径向分布规律； 2、 利用已有的叶型损失 模型， 查询叶型损失模型中的总压损失系数 Yp‑loss’， 重新给定速度系数ξ ’， 重复步骤 直至设 计出Yp‑loss与Yp‑loss’一致； 3、 将所得二维叶型沿 着重心堆叠得到三维叶片,对三维叶片进行三维 数值模拟， 并重复步骤， 直至速度系数ξ、 流量G 和落后角 θ沿径向分布规律的设计值与数值模 拟结果一致， 最终得到透平叶片， 本发明对每个 子流道进行优化设计， 并引入损失模型， 比传统 三维叶片设计更精确， 气动性能更优。 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 CN 115221650 A 2022.10.21 CN 115221650 A 1.一种基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 针对给定 工况， 给定轴流透平的尺寸 参数， 并生成流道结构； S2： 根据上述流道结构， 将流道沿径向分成n个子流道， 假定动静叶速度系数ξ、 流量G和 落后角 θ 沿径向分布规 律； S3： 对每个子流道寻找最佳速比χopt， 使每个子流道的总静效率ηts达到最优， 得到二维 叶型的的气动参数和叶型的总压损失系数Yp‑loss沿径向分布规 律； S4： 利用已有的叶型损失模型， 根据 得到的气动参数， 查询叶型损失模型中的总压损失 系数Yp‑loss’； S5： 判断叶型损失模型中的总压损失系数Yp‑loss’与叶型的总压损失系数Yp‑loss是否一 致， 若Yp‑loss’与Yp‑loss一致， 则进入下一步骤， 若Yp‑loss’与Yp‑loss不一致， 则重新给定速度系 数ξ， 回到S3， 直至叶型损失模型中的总压损失系数Yp‑loss’与叶型的总压损失系数Yp‑loss一 致， 得到新的二维叶型； S6： 将上述新的二维叶型沿着重心堆叠得到三维叶片， 对得到的三维叶片进行三维数 值模拟， 从而得到最 新的动静叶速度系数ξ、 流 量G和落后角 θ 沿径向分布规 律； S7： 使用最新的动静叶速度系数ξ、 流量G和落后角 θ沿径向分布规律， 重复S3 ‑S6， 并判 断最新的动静叶速度系数ξ、 流量G和落后角 θ沿径向分布规律与当前S6中三维数值模拟的 结果是否一 致， 当不一致时， 重复S3 ‑S6直至一 致； 当一致时， 输出透平三维叶片。 2.根据权利要求1所述的基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特征在 于， 所述S 3和所述S4之间还设置有判断条件， 所述判断条件为： 判断当前动静叶速度系数ξ、 流量G和落后角 θ 沿径向分布 规律是否经过三 维数值模拟， 当判断结果为未经过三 维数值模 拟， 则进入S4； 当判断结果 为已经过三维数值模拟， 则直接进入S6 。 3.根据权利要求1所述的基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特征在 于， 所述S1中， 所述给定工况包括透平进口总温T01、 总压P01、 出口静压P3和流量G； 所述轴流 透平的尺寸参 数包括静叶平均直径dΝ、 静叶轮毂比λΝ、 静叶展弦比ARN、 动叶展弦比ARR、 静叶 叶顶扩张角 θNtop、 静叶叶根扩张角 θNhub、 动叶叶顶扩张角 θRtop、 动叶叶根扩张角 θRhub、 静叶安 装角AAN、 动叶安装角AAR、 动静叶轴向间隙δ， 并通 过所述轴流透平的尺寸参 数推导出动静叶 的进出口高度。 4.根据权利要求3所述的基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特征在 于， 所述动静叶的进出口高度包括静叶进口叶顶高度dinNtop、 静叶进口叶根高度dinNhub、 静叶 出口叶顶高度doutNtop、 静叶出口叶根高度doutNhub、 动叶进口叶顶高度dinRtop、 动叶进口叶根高 度dinRhub、 动叶出口叶顶高度doutRtop和动叶出口叶根高度doutRhub； 所述静叶进口叶顶高度 dinNtop通过公式一推导， 所述公式一 为： 所述静叶进口叶根高度dinNhub通过公式二推导， 所述公式二 为： 所述静叶出口叶顶高度doutNtop通过公式三推导， 所述公式三 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221650 A 2所述静叶出口叶根高度doutNhub通过公式四推导， 所述公式四为： 所述动叶进口叶顶高度dinRtop通过公式五推导， 所述公式五为： dinRtop＝doutNtop+δ[tan( θNtop)+tan( θRtop)]； 所述动叶进口叶根高度dinRhub通过公式六推导， 所述公式六为： dinRhub＝doutNhub‑δ[tan( θNhub)+tan( θRhub)]； 所述动叶出口叶顶高度doutRtop通过公式七推导， 所述公式七为： 所述动叶出口叶根高度doutRhub通过公式八推导， 所述公式八为： 5.根据权利要求1所述的基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特征在 于， 所述S3中， 具体包括如下步骤： S31： 对其中一个单子流道进行寻找最佳速比χopt， 使当前单子流道的总静效率ηts达到 最优； S32： 对每一个子流道重复单子流道的设计过程， 并输出最终的输出二维叶型的气动参 数和总压损失系数沿径向设计结果。 6.根据权利要求5所述的基于径向速比寻优的轴流透平三维叶片设计方法， 其特征在 于， 所述单子流道的设计过程具体包括如下步骤： S311： 对所述单子流道给定一组速比χ， 间隔为0.0 05； S312： 根据速比χ、 平均直径d和静叶速度系数ξN得到静叶出口速度C2和气体状态以及根 据流量G、 通流面积A2和密度ρ2得到静叶出口气流角α2， 从而计算得到静叶的总压损失系数 YP‑lossN； S313： 根据动叶速度系数ξR， 出口压力P3得到动叶出口相对速度 W3和气体状态以及根据 流量G、 通流面积A3和密度ρ3得到动叶出口气流角α3， 从而计算得到动叶总压损失系数 YP‑lossR； S314： 在给定的这组速比χ 中， 寻找最佳速比χopt， 使总静效率达 到最大值； S315： 判断最佳速比χopt是否在给定的这组速比范围的边界上， 若在， 则最优值在区间 外， 根据最佳速比χopt位置重新给定速比范围， 并重复S312 ‑S314得到新的最佳速比后进行 判断， 直至最佳速比χopt或新的最佳速比不在最佳速比χopt或新的最佳速比给定的这组速比 范围的边界上， 至此， 完成这 一道子流道的设计。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221650 A 3