CN113606076B - 一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮 - Google Patents

一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮，流动控制方法包括以下步骤：确定凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，凸起结构的前缘控制曲线与叶片头部的夹角；根据起始位置、终止位置和夹角，获取前缘控制曲线的控制方程；根据控制方程，得到凸起结构的前缘控制曲线。根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，根据起始位置、终止位置、夹角控制前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，凸起结构能降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。

Description

一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮
技术领域
本发明涉及水力机械叶轮技术领域，尤其是涉及一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮。
背景技术
水力机械叶轮叶片作为水能、潮汐能等清洁能源的核心转换设备，其高效稳定运行对于提高能量利用效率、降低碳排放等具有重要意义。在水力机械叶轮中，叶片顶部与壳体内壁之间存在小尺寸的叶顶间隙，由于叶顶间隙两侧存在压差，导致产生间隙泄漏流动，并进而诱发旋涡、空化等非稳定流动现象，对叶轮的能量性能和运行稳定性产生损害。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，所述流动控制方法可以控制凸起结构的前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，利用凸起结构改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
本发明还提出一种具有叶片头部凸起结构的叶轮。
根据本发明第一方面实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，包括以下步骤：确定所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，以及，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角；根据所述起始位置、所述终止位置和所述夹角，获取所述前缘控制曲线的控制方程；根据所述控制方程，得到所述凸起结构的所述前缘控制曲线。
根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，可以根据凸起结构的起始位置、终止位置以及夹角，控制凸起结构的前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，采用凸起结构可以抑制水力机械叶轮内叶顶间隙泄漏涡及空化，有效降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，从而抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，在保证叶轮内叶片做功性能的同时，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性，并且叶片头部凸起结构简单，易于实现，适用于任何类型的叶片式水力机械，可以有效提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
根据本发明的一些实施例，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。
根据本发明的一些实施例，所述叶片包括叶片本体，所述凸起结构设于所述叶片本体的叶片头部且靠近所述叶片本体的叶片顶部，所述叶片头部与所述叶片顶部的交点为原点位置，其中，所述起始位置位于所述叶片本体的叶片头部，所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置与所述原点位置之间的距离为ζm，所述ζm与叶顶间隙δ正相关；所述凸起结构的前缘控制曲线的终止位置位于所述叶片顶部的延长线上，所述终止位置与所述原点位置之间的距离为λm，所述λm与叶顶间隙δ正相关。
在一些实施例中，所述ζm取值范围为0.5δ-3.0δ。
在一些实施例中，所述λm取值范围为0.5δ-3.0δ。
在一些实施例中，所述控制方程为：
Figure BDA0003250665140000021
其中，原点位置为所述叶片头部与所述叶片顶部的交点，ζ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角。
根据本发明第二方面实施例的具有叶片头部凸起结构的叶轮，包括：壳体，所述壳体内限定出腔室；轮毂，所述轮毂设于所述腔室；多个叶片，多个所述叶片间隔布置在所述轮毂上，所述叶片包括叶片本体和凸起结构，所述凸起结构设于所述叶片本体的叶片头部且靠近叶片顶部，所述凸起结构的前缘形成曲线。
根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构的叶轮，利用叶片头部凸起结构可以抑制叶轮间隙泄漏涡，提高叶轮能量性能和运行稳定性，有效地抑制水力机械叶轮内叶顶附近的泄漏流动和旋涡强度，优化叶轮流道内的流动形态，降低水力机械内部空化程度，并且叶片头部凸起结构简单，易于实现，适用于任何类型的叶片式水力机械叶轮，可以有效提高采用上述叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
根据本发明的一些实施例，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。
根据本发明的一些实施例，所述叶片头部与所述叶片顶部的交点为原点位置，所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置位于所述叶片本体的叶片头部，所述起始位置与所述原点位置之间的距离为ζm，所述ζm与叶顶间隙δ正相关；所述凸起结构的前缘控制曲线的终止位置位于所述叶片顶部的延长线上，所述终止位置与所述原点位置之间的距离为λm，所述λm与叶顶间隙δ正相关。
在一些实施例中，所述前缘控制曲线的控制方程为：
Figure BDA0003250665140000031
其中，原点位置为所述叶片头部与所述叶片顶部的交点，ζ为所述控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构的叶轮叶片整体结构示意图；
图3是根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构的叶轮叶片局部结构示意图；
图4是原始叶片周围的泄漏涡空化结构与本发明的具有叶片头部凸起结构的叶片周围的泄漏涡空化结构的对比图。
附图标记：
腔室端壁10，
叶片20，叶片本体21，叶片顶部211，叶片头部212，叶片根部213，叶片尾部214，凸起结构22，前缘控制曲线221。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法及具有其的叶轮。
如图1所示，根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，包括以下步骤：
S1：确定凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，以及，凸起结构的前缘控制曲线与叶片头部的夹角；
S2：根据起始位置、终止位置和夹角，获取前缘控制曲线的控制方程；
S3：根据控制方程，得到凸起结构的前缘控制曲线。
根据本发明实施例的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，可以根据凸起结构的起始位置、终止位置以及夹角，控制凸起结构的前缘控制曲线的几何变化尺度和规律，采用凸起结构可以抑制水力机械叶轮内叶顶间隙泄漏涡及空化，有效降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，从而抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，在保证叶轮内叶片做功性能的同时，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态，提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
此外，叶片头部凸起结构简单，易于实现，适用于任何类型的叶片式水力机械，可以有效提高采用叶片的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
根据本发明的一些实施例，凸起结构的前缘控制曲线与叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。例如，凸起结构的前缘控制曲线与叶片头部的夹角θ可以为30°、45°、50°、60°等。
如图2和图3所示，根据本发明的一些实施例，叶片包括叶片本体，凸起结构设于叶片本体的叶片头部且靠近所述叶片本体的叶片顶部，即凸起结构位于叶片本体的叶片头部与叶片顶部的交界区域。可以理解的是，这里的叶片本体即为原始叶片结构，凸起结构正是基于原始叶片结构做出的改进结构。
具体地，定义叶片本体(即原始叶片结构)的叶片头部与叶片顶部的交点为原点位置，前缘控制曲线的起始位置位于叶片本体的叶片头部，前缘控制曲线的终止位置位于叶片本体的叶片顶部的延长线上，即前缘控制曲线的终止位置位于叶片本体的叶片顶部朝入口的延伸方向上，从起始位置沿叶片本体的高度方向逐渐朝入口方向延伸至终止位置，从而形成凸起结构的前缘控制曲线，形成的凸起结构在平行于叶片本体的叶片顶部的方向上的尺度，沿从起始位置至终止位置的方向逐渐增大，即凸起结构在所述延伸方向上的尺度最大。
相关技术中的叶轮叶片与叶轮室端壁之间存在叶顶间隙，导致在叶片两侧的压差驱动下叶片周围出现显著的泄漏涡，并造成局部压力骤降产生空化。
本申请通过在叶片头部的靠近叶片顶部的位置设置凸起结构，即在近叶片顶部区域沿叶片本体的高度方向使叶片头部沿叶弦方向入口侧不同程度地延伸，从而形成凸起结构，形成的凸起结构可以抑制水力机械叶轮内叶顶间隙泄漏涡及空化，有效降低叶片压力侧到叶片吸力侧的压差，从而抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，在保证叶轮内叶片做功性能的同时，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态。
其中，凸起结构的前缘控制曲线的起始位置与原点位置之间的距离为ζm，ζm与叶顶间隙δ正相关；凸起结构的前缘控制曲线的终止位置与原点位置之间的距离为λm，λm与叶顶间隙δ正相关。
其中，ζm取值范围为0.5δ-3.0δ。例如，ζm可以为0.5δ、1.0δ、1.5δ、2.0δ、2.5δ、3.0δ。λm取值范围为0.5δ-3.0δ。例如，λm为0.5δ、1.0δ、1.5δ、2.0δ、2.5δ、3.0δ。ζm与λm可以相等，ζm与λm也可以不相等。
在一些实施例中，控制方程为：
Figure BDA0003250665140000051
其中，所述原点位置为所述叶片本体的叶片头部与所述叶片本体的叶片顶部的交点，ζ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角。
也就是说，该控制方程形成的凸起结构的前缘控制曲线以原始叶片(即叶片本体)的叶片头部和原始叶片(即叶片本体)的叶片顶部的交点为原点，以原始叶片(即叶片本体)的叶片头部所在的直线、叶片顶部朝入口的延伸方向为两条坐标轴。
举例而言，针对叶顶间隙为某一数值δ的叶轮而言，在ζm为1.0δ、λm为2.0δ、θ为45°的实施例中，凸起结构的前缘控制曲线的控制方程为，ζ＝-λ2/4δ+λ/2+δ。在ζm为2.0δ、λm为1.0δ、θ为45°的实施例中，凸起结构的前缘控制曲线的控制方程为，ζ＝λ2/δ-λ+2δ。
图4示出了原始叶片周围的泄漏涡空化结构与本发明的具有叶片头部凸起结构的叶片周围的泄漏涡空化结构的对比图，与原始叶片结构对比，本发明的叶片头部凸起结构有效抑制了泄漏涡空化，对提高水力机械叶轮运行效率和稳定性具有显著效果。
下面结合附图描述根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构22的叶轮。
如图2和图3所示，根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构22的叶轮包括壳体、轮毂和多个叶片20，壳体内限定出腔室，轮毂设于腔室，多个叶片20间隔布置于轮毂。
其中，叶片20包括叶片本体21和凸起结构22，叶片本体21具有叶片顶部211、叶片头部212、叶片根部213和叶片尾部214，叶片顶部211与腔室端壁10之间形成叶顶间隙。凸起结构22设于叶片本体21的叶片头部212，并且凸起结构22靠近叶片顶部211设置，凸起结构22的前缘形成曲线。
根据本发明实施例的具有叶片头部凸起结构22的叶轮，通过在叶片头部212的靠近叶片顶部211的位置设置凸起结构22，利用叶片头部凸起结构22可以抑制叶轮间隙泄漏涡，提高叶轮能量性能和运行稳定性，有效地抑制水力机械叶轮内叶顶附近的泄漏流动和旋涡强度，优化叶轮流道内的流动形态，降低水力机械内部空化程度，并且叶片头部凸起结构22简单，易于实现，适用于任何类型的叶片20式水力机械叶轮，可以有效提高采用上述叶片20的各类水力机械叶轮的运行效率和稳定性。
根据本发明的一些实施例，凸起结构22的前缘控制曲线221与叶片头部212的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。
具体地，如图2和图3所示，凸起结构22的顶侧边缘位于叶片顶部211的延长线上，即凸起结构22的顶侧边缘从叶片头部212和叶片顶部211的交点向入口延伸，凸起结构22的前缘控制曲线与顶侧边缘之间的夹角为θ，具体地，凸起结构22的前缘控制曲线与顶侧边缘之间的夹角θ可以为30°、45°、50°、60°等。
根据本发明的一些实施例，叶片头部212与叶片顶部211的交点为原点位置，凸起结构22的前缘控制曲线221的起始位置位于叶片本体21的叶片头部212，凸起结构22的前缘控制曲线221的终止位置位于叶片本体21的叶片顶部211的延长线上，即位于叶片顶部211的朝入口的延伸方向上。
具体地，从起始位置沿叶片本体21的高度方向逐渐朝入口方向延伸至终止位置，从而形成凸起结构22的前缘控制曲线221，形成的凸起结构22在平行于叶片本体21的叶片顶部211的方向上的尺度，沿从起始位置至终止位置的方向逐渐增大，即凸起结构22在所述延伸方向上的尺度最大。
相关技术中的叶轮叶片20与叶轮室端壁(即壳体的腔室端壁)之间存在叶顶间隙，导致在叶片20两侧的压差驱动下叶片20周围出现显著的泄漏涡，并造成局部压力骤降产生空化。
本申请针对具有叶顶间隙的叶轮进行改进，通过在叶片头部212的靠近叶片顶部211的位置设置凸起结构22，即在近叶片顶部211区域沿叶片本体21的高度方向使叶片头部212沿叶弦方向向入口侧不同程度地延伸，从而形成凸起结构22，形成的凸起结构22可以抑制水力机械叶轮内叶顶间隙泄漏涡及空化，有效降低叶片20压力侧到叶片20吸力侧的压差，从而抑制间隙泄漏流动强度，提高泄漏涡涡心处的局部压力，在保证叶轮内叶片20做功性能的同时，有效抑制叶顶间隙泄漏涡及空化，改善叶轮流道内流动形态。
其中，凸起结构22的前缘控制曲线的起始位置与原点位置之间的距离为ζm，ζm与叶顶间隙δ正相关；凸起结构22的前缘控制曲线的终止位置与原点位置之间的距离为λm，λm与叶顶间隙δ正相关。
在一些实施例中，ζm取值范围为0.5δ-3.0δ。例如，ζm可以为0.5δ、1.0δ、1.5δ、2.0δ、2.5δ、3.0δ。λm取值范围为0.5δ-3.0δ。例如，λm为0.5δ、1.0δ、1.5δ、2.0δ、2.5δ、3.0δ。其中，ζm与λm可以相等，ζm与λm也可以不相等。
在一些实施例中，前缘控制曲线221的控制方程为：
Figure BDA0003250665140000071
其中，原点位置为叶片本体21的叶片头部212和叶片本体21的叶片顶部211的交点，ζ为与前缘控制曲线上各点与原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为前缘控制曲线上各点与原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为凸起结构22的前缘控制曲线221与叶片头部212的夹角。
也就是说，该控制方程形成的凸起结构22的前缘控制曲线221以原始叶片(即叶片本体21)的叶片头部212和原始叶片(即叶片本体21)的叶片顶部211的交点为原点，以原始叶片(即叶片本体21)的叶片头部212所在的直线、叶片顶部211朝入口的延伸方向为两条正交的坐标轴。
举例而言，针对叶顶间隙为某一数值δ的叶轮而言，在ζm为1.0δ、λm为2.0δ、θ为45°的实施例中，凸起结构的前缘控制曲线的控制方程为，ζ＝-λ2/4δ+λ/2+δ。在ζm为2.0δ、λm为1.0δ、θ为45°的实施例中，凸起结构的前缘控制曲线的控制方程为，ζ＝λ2/δ-λ+2δ。
与原始叶片结构对比，本发明的叶片头部凸起结构22有效抑制了泄漏涡空化，对提高水力机械叶轮运行效率和稳定性具有显著效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
根据本发明实施例的叶轮的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置、终止位置，以及，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角；
根据所述起始位置、所述终止位置和所述夹角，获取所述前缘控制曲线的控制方程；
根据所述控制方程，得到所述凸起结构的所述前缘控制曲线；所述叶片包括叶片本体，所述凸起结构设于所述叶片本体的叶片头部且靠近所述叶片本体的叶片顶部，所述叶片头部与所述叶片顶部的交点为原点位置，
其中，所述起始位置位于所述叶片本体的叶片头部，所述起始位置与所述原点位置之间的距离为ζm，所述ζm与叶顶间隙δ正相关；
所述终止位置位于所述叶片顶部的延长线上，所述终止位置与所述原点位置之间的距离为λm，所述λm与叶顶间隙δ正相关；所述控制方程为：
Figure FDA0003737519190000011
其中，原点位置为所述叶片头部和所述叶片顶部的交点，ζ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角。
2.根据权利要求1所述的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，其特征在于，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。
3.根据权利要求1所述的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，其特征在于，所述ζm取值范围为0.5δ-3.0δ。
4.根据权利要求1所述的基于叶片头部凸起结构的流动控制方法，其特征在于，所述λm取值范围为0.5δ-3.0δ。
5.一种具有叶片头部凸起结构的叶轮，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内限定出腔室；
轮毂，所述轮毂设于所述腔室；
多个叶片，多个所述叶片间隔布置在所述轮毂上，所述叶片包括叶片本体和凸起结构，所述凸起结构设于所述叶片本体的叶片头部且靠近叶片顶部，所述凸起结构的前缘形成曲线；所述叶片头部与所述叶片顶部的交点为原点位置，
所述凸起结构的前缘控制曲线的起始位置位于所述叶片本体的叶片头部，所述起始位置与所述原点位置之间的距离为ζm，所述ζm与叶顶间隙δ正相关；
所述凸起结构的前缘控制曲线的终止位置位于所述叶片本体的叶片顶部的延长线上，所述终止位置与所述原点位置之间的距离为λm，所述λm与叶顶间隙δ正相关；
所述前缘控制曲线的控制方程为：
Figure FDA0003737519190000021
其中，原点位置为所述叶片头部与所述叶片顶部的交点，ζ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片弦长方向的距离，λ为所述前缘控制曲线上各点与所述原点位置之间沿叶片高度方向的距离，k＝tan(θ)且θ为所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角。
6.根据权利要求5所述的具有叶片头部凸起结构的叶轮，其特征在于，所述凸起结构的前缘控制曲线与所述叶片头部的夹角为θ，θ取值范围为30°-60°。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5274706A (en) * 1975-12-19 1977-06-23 Hitachi Ltd Turbine vane train
CN1179503A (zh) * 1996-09-30 1998-04-22 株式会社东芝 用于轴流式流体机械的叶片
CN103790639A (zh) * 2013-12-26 2014-05-14 北京理工大学 一种叶轮机端区叶片前缘边条修型方法
CN109162956A (zh) * 2018-09-13 2019-01-08 清华大学 一种抑制泵内叶顶间隙泄漏涡的t型叶顶及具有其的泵

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4719038B2 (ja) * 2006-03-14 2011-07-06 三菱重工業株式会社 軸流流体機械用翼
US20150110617A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-23 General Electric Company Turbine airfoil including tip fillet
KR102219294B1 (ko) * 2014-02-13 2021-02-23 삼성전자 주식회사 커브 렌더링 방법 및 장치
US10156149B2 (en) * 2016-02-09 2018-12-18 General Electric Company Turbine nozzle having fillet, pinbank, throat region and profile

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5274706A (en) * 1975-12-19 1977-06-23 Hitachi Ltd Turbine vane train
CN1179503A (zh) * 1996-09-30 1998-04-22 株式会社东芝 用于轴流式流体机械的叶片
CN103790639A (zh) * 2013-12-26 2014-05-14 北京理工大学 一种叶轮机端区叶片前缘边条修型方法
CN109162956A (zh) * 2018-09-13 2019-01-08 清华大学 一种抑制泵内叶顶间隙泄漏涡的t型叶顶及具有其的泵

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