CN116244848A - 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法 - Google Patents

一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116244848A
CN116244848A CN202310097854.5A CN202310097854A CN116244848A CN 116244848 A CN116244848 A CN 116244848A CN 202310097854 A CN202310097854 A CN 202310097854A CN 116244848 A CN116244848 A CN 116244848A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
line
generating
edge
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310097854.5A
Other languages
English (en)
Inventor
姬成
席光
王志恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202310097854.5A priority Critical patent/CN116244848A/zh
Publication of CN116244848A publication Critical patent/CN116244848A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法，参数化造型生成方法以初始主叶片中性面形状数据、叶片厚度分布数据、叶片数、前缘叶顶间隙值及尾缘叶顶间隙值为输入，通过具体的参数化方法，生成自由曲面叶片和具有自由曲面造型的非轴对称轮盘面，将生成的所有曲面组成几何实体，生成封闭计算域。使用主叶片中性面叶根线延长线作为轮盘线，旋转轮盘线生成初始轮盘面，对初始轮盘面分割重构后，生成非轴对称轮盘面，能够适应离心叶轮内部非均匀流动。网格拓扑方法与造型生成方法相匹配，确定新型叶轮的造型设计后，由网格划分软件完成结构化网格划分，节省大量人力成本，能够应用于需要进行大量样本计算的气动设计工作中。

Description

一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，涉及一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法。
背景技术
离心压气机是一种重要的功能转换设备，作为一种叶片式流体机械，相较于容积式的压缩机，具有供气连续且供气量大的优点；相较于轴流式的压缩机，具有工况范围宽、体积小、压比高的优点。因此广泛应用于石油化工、金属冶炼、楼宇空调以及航空发动机等领域，主要作用是连续、稳定地提供大量的高压气体。其核心部件是离心叶轮，主要原理是通过离心叶轮的旋转对通过其中的气体做功，将施加给离心叶轮的轴功率转换为气体的动能，再通过叶轮流道内的扩压作用，将气体的一部分动能转化为压力能，实现气体压力的提升。
然而，由于气流摩擦、冲击、漩涡等不可逆损失的存在，离心叶轮在实现功能转换的过程中不可避免地存在能量损耗，只有通过良好的气动型面设计才能有效减少能量的损耗。由于其在重工业中应用的广泛性，每1％的气动效率提升都能够带来可观的经济效益。因此，气动造型是离心叶轮设计的重点。目前，设计人员主要借助计算机辅助设计(CAD)工具完成离心叶轮的形状设计，并使用计算流体动力学(CFD)手段完成对设计叶轮的性能预测。为了完成CFD性能预测，需要进行繁复耗时的前处理工作，主要包括叶轮几何形状的调整、封闭计算域的创建和结构化网格的绘制。针对不同形状的叶轮，每一步骤都要重新完成，因此需要耗费大量人力，延长了设计周期，因此通常需要借助专用的参数化造型方案和自动结构化网格拓扑方案来简化这一步骤。
目前，成熟离心叶轮参数化造型方案已经实现商业化，包括Concepts NREC软件、NUMECA AutoBlade软件以及Ansys BladeGen软件等。对于无分流叶片的半开式离心叶轮，这些软件的造型方案能够实现叶片的自由造型，包括子午面形状控制和不同叶高处的叶片角控制，并且，在完成形状控制后，可以生成对应的几何实体和计算域。目前的方案不足之处在于，仅对叶片形状进行控制，而忽略了轮盘面在气流调控方面的作用。目前的商业化方案无法将离心叶轮的轮盘面作为形状控制曲面，仅使用叶根线构造回转面作为轮盘面的形状。而实际上，由于离心叶轮内部流动具有周向不均匀性，因此，非轴对称的轮盘面形状更能适应离心叶轮内部流动。
目前，用于离心叶轮的专门化结构化网格划分方案主要有NUMECA AutoGrid软件以及Ansys CFX TurboGrid软件。对于无分流叶片的半开式离心叶轮，这些软件能够提供自动化的网格拓扑划分方案，适应不同叶片形状下的叶轮计算域，在仅需少量人为干预的情况下，生成结构化网格，用于后续CFD计算。这一类方案的基本原理是将离心叶轮沿叶高方向进行切片，划分为结构相似的多层，每层均可视为二维几何，在每层上使用相同的拓扑结构，完成二维网格的划分，以适应不同叶高处的叶形，最后对层间进行网格节点插值，形成三维结构化网格。这种方案的不足之处在于，每层网格均在不同叶高的回转面上绘制，这种网格拓扑无法适应轮盘面是非回转面(非轴对称面)的形式，轮盘附近的网格生成会出错，此时无法使用结构化网格对叶轮进行CFD性能预测，大大延长了设计周期，增加了设计成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中生成的几何实体和计算域，仅对叶片形状进行控制，忽略了轮盘面在气流调控的作用，仅使用叶根线构造回转面作为轮盘面的形状，不能够适应离心叶轮内部流动周向不均匀性的问题，提供一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，包括以下步骤：
获取初始主叶片中性面形状数据、叶片厚度分布数据、叶片数、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值；
提取初始主叶片中性面形状数据进行参数化曲面重构，得到叶片轮廓造型，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片凹凸造型，生成主叶片中性面，主叶片中性面结合叶片厚度分布数据生成主叶片；
以主叶片中性面叶根线的延长线作为轮盘线，旋转轮盘线生成初始轮盘面，对初始轮盘面进行分割重构后，生成非轴对称轮盘面；
由主叶片中性面、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值生成轮盖线，通过轮盖线生成轮盖面；
通过提取主叶片中性面边缘曲线，经过曲线保形变换后，分别得到周期性交界面；
提取周期性交界面的边缘曲线，将边缘曲线分别旋转后得到进口面和出口面；
将生成的主叶片、非轴对称轮盘面、轮盖面、进口面、出口面以及周期性交界面在边缘处连接，得到封闭的几何实体，生成参数化计算域。
本发明的进一步改进在于：
所述生成的主叶片包括主叶片吸力面和主叶片压力面，具体包括以下步骤：
提取初始主叶片中性面形状数据，对曲面进行参数化重构，将自前缘至尾缘的方向规定为曲面的u方向，自叶顶至叶根方向规定为曲面的v方向；
自前缘至尾缘均匀的提取若干条v方向的曲面结构线，对曲面结构线进行保形变换，生成主叶片过渡面；
对主叶片过渡面进行曲面重构，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片的凹凸造型，生成主叶片中性面；
在主叶片中性面上自叶顶至叶根方向均匀提取x条u方向的曲面结构线，在每条曲面结构线上均匀提取y个点，形成y*x个主叶片中性面数据点；
通过叶片厚度分布数据，分别计算压力面和吸力面上的数据点，通过得到的数据点分别生成主叶片压力面和主叶片吸力面。
所述非轴对称轮盘面的生成具体通过以下步骤：
提取主叶片中性面中的叶根线，以直线形式延长叶根线的两端，并使得斜率连续，以延长后的叶根线作为轮盘线；
以轮盘线为母线，围绕叶轮旋转轴扫掠，生成初始轮盘面；
对初始轮盘面进行分割，分别生成形状控制面和叶片连接面；
对形状控制面进行曲面重构，结合给定的形状控制参数，生成非轴对称轮盘面。
所述轮盖面的生成具体包括以下步骤：
提取主叶片中性面中的叶根线和叶顶线，投影至子午平面，将叶根线和叶顶线离散为相等数量的坐标点；
将主叶片中性面中的叶根线和叶顶线分别在两端以直线形式延长，将两条延长过的曲线分别作为计算域的叶根线和叶顶线；
两条延长过的曲线端点投影至子午平面，将坐标点及端点两两之间以直线连接，在叶顶处向外延伸，得到延伸点；
使用NURBS曲线插值延伸点，得到子午轮盖线，将子午轮盖线两端延伸后，绕z轴旋转生成回转面；
将计算域叶顶线投影至回转面，得到计算域轮盖线，将计算域轮盖线绕z轴旋转2π/N弧度后，生成轮盖面。
所述主叶片的生成还包括主叶片叶顶面和主叶片尾缘面；
所述主叶片叶顶面的生成首先是将计算域叶顶线绕z轴形成回转面；然后提取闭合的主叶片叶顶轮廓线对回转面进行分割，得到完整的主叶片叶顶面；使用计算域叶顶线对完整的主叶片叶顶面进行分割，得到吸力侧叶顶面和压力侧叶顶面；
所述主叶片尾缘面的生成首先是提取主叶片中性面尾缘曲线lAB、主叶片压力面尾缘曲线lCD和主叶片吸力面尾缘曲线lEF；在叶根回转面上生成曲线lFB和lBD，在叶顶回转面生成曲线lEA和lAC；以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成主叶片压力侧尾缘面，以lEF、lAB、lFB和lEA为边缘曲线生成主叶片吸力侧尾缘面。
所述周期性交界面包括前缘周期性交界面、尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面；所述前缘周期性交界面通过提取主叶片中性面前缘线lAB、计算域叶顶线前缘端点C和计算域叶根线前缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对前缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以前缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一前缘周期性交界面，将第一前缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二前缘周期性交界面；所述尾缘周期性交界面通过提取主叶片中性面尾缘线lAB、计算域叶顶线尾缘端点C和计算域叶根线尾缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对尾缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以尾缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一尾缘周期性交界面，将第一尾缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二尾缘周期性交界面；所述叶顶间隙周期性交界面通过提取计算域叶顶线lAB和计算域轮盖线lCD以直线连接点AC和点BD，得到lAC和lBD，以计算域叶顶线lAB、计算域轮盖线lCD、曲线lAC和lBD为边缘曲线生成第一叶顶间隙周期性交界面，将第一叶顶间隙周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二叶顶间隙周期性交界面。
所述进口面的生成是通过分别提取前缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到进口面。
所述出口面的生成是通过分别提取尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到出口面。
一种半开式离心叶轮参数化造型网格拓扑方法，采用如权利要求1-8任一项所述的半开式离心叶轮参数化造型生成方法，在参数化计算域中生成适应计算域空间几何形状的拓扑结构线，对相对应的拓扑结构线规定结构化网格节点数量和分布后，生成结构化网格。
所述拓扑结构线的生成具体包括以下步骤：
生成轮盘面拓扑结构线，分别在非轴对称轮盘面和叶片连接面上生成拓扑结构线；
生成叶顶面拓扑结构线，分别在叶顶回转面和主叶片叶顶面上生成拓扑结构线；
生成轮盖面拓扑结构线，将叶顶面拓扑结构线、主叶片叶顶轮廓线和分流叶片叶顶轮廓线均投影至轮盖面，得到轮盖面拓扑结构线；
生成轮盘面与叶顶面连接拓扑结构线，首先在主叶片上生成拓扑结构线，根据曲线保形变换，分别以主叶片上生成的拓扑结构线、前缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、尾缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、主叶片吸力面及主叶片压力面上的尾缘曲线为原型，生成拓扑结构线；
生成叶顶面与轮盖面连接拓扑结构线，以直线连接叶顶面拓扑结构线与轮盖面拓扑结构线对应的端点，生成拓扑结构线；
生成通道内O型拓扑结构线，首先在沿流动方向轮盘和叶顶之间的通道截面上生成O-Block型的拓扑结构线，然后生成个O型拓扑截面之间的连接曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，以初始主叶片中性面形状数据、叶片厚度分布数据、叶片数、前缘叶顶间隙值以及尾缘叶顶间隙值为输入，通过具体的参数化方法，可以生成自由曲面叶片和具有自由曲面造型的非轴对称轮盘面，将生成的所有曲面组成几何实体，生成封闭的计算域。通过使用主叶片中性面叶根线的延长线作为轮盘线，旋转轮盘线生成初始轮盘面，对初始轮盘面进行分割重构后，生成非轴对称轮盘面，所生成的非轴对称轮盘面能够适应离心叶轮内部的不均匀流动。
进一步的，通过非轴对称轮盘面参数化方法能够自由地对轮盘面进行凹凸造型控制，且凹凸造型的方向可以根据附近叶根曲面方向自动进行调整，避免了在自由给定参数时，轮盘面和叶片面可能会发生的几何干涉，从而避免了大量不符合实际的造型出现；同时并不影响叶轮进出口附近的轮盘面斜率，这使得新型的叶轮造型可以自然匹配传统造型的离心叶轮进出口部件，比如进口导叶、进口导流帽、扩压器等，这使得在优化得到新型叶轮后，仍可以匹配机器中的原有部件。
本发明提出了一种半开式离心叶轮参数化造型网格拓扑方法，与参数化造型生成方法相匹配，通过确定新型叶轮的造型设计后，借助商业网格划分软件，自动完成结构化网格的划分，节省了大量人力成本，使该参数化造型方法能够应用于需要进行大量样本计算的气动设计优化工作中。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明中半开式离心叶轮参数化造型生成方法流程图。
图2-图11是本发明中参数化计算域结构示意图。
图12是本发明中计算域与自适应拓扑结构线实际效果图。
图13是本发明中初始主叶片中性面数据点图。
图14是本发明中初始主叶片叶根及叶顶线NURBS拟合后控制点分布图。
图15是本发明中主叶片子午形状控制示意图。
图16是本发明中叶轮轴向长度控制示意图。
图17是本发明中叶片轮廓在控制前后的形变对比图。
图18是本发明中主叶片中性面保形变换流程图。
图19是本发明中曲线保形变换方法示意图。
图20是本发明中主叶片中性面凹凸造型前后对比图。
图21是本发明中主叶片中性面数据点分布图。
图22是本发明中主叶片压力面和吸力面生成结果图。
图23是本发明中生成初始轮盘面示意图。
图24是本发明中轮盘面分割流程示意图。
图25是本发明中轮盘面形状控制点分布示意图。
图26是本发明中轮盘面控制点位移方向示意图。
图27是本发明中轮盘面变形前后形状对比图。
图28是本发明中轮盖面构造方法示意图。
图29是本发明中主叶片压/吸力侧叶顶面构造方法示意图。
图30是本发明中主叶片压/吸力侧尾缘面构造方法示意图。
图31是本发明中前缘周期性交界面构造方法示意图。
图32是本发明中尾缘周期性交界面构造方法示意图。
图33是本发明中叶顶间隙周期性交界面构造方法示意图。
图34是本发明中计算域进口面构造方法示意图。
图35是本发明中计算域出口面构造方法示意图。
图36是本发明中计算域网格拓扑结构示意图。
图37是本发明中轮盘面拓扑结构线图。
图38是本发明中叶顶面拓扑结构线图。
图39是本发明中轮盖面拓扑结构线图。
图40是本发明中轮盘/叶顶连接拓扑结构线图。
图41是本发明中叶顶/轮盖连接拓扑结构线图。
图42是本发明中通道内O型拓扑结构线图。
图43是本发明中结构化网格生成效果图。
其中：1、主叶片压力面；2、主叶片吸力面；3、主叶片压力侧叶顶面；4、主叶片吸力侧叶顶面；5、主叶片压力侧尾缘面；6、主叶片吸力侧尾缘面；7、轮盘造型面；8、压力侧轮盘连接面；9、吸力侧轮盘连接面；10、计算域进口面；11、计算域进口叶顶间隙面；12、计算域出口面；13、计算域出口叶顶间隙面；14、轮盖面；15、第一叶顶间隙周期性交界面；16、第二叶顶间隙周期性交界面；17、第一前缘周期性交界面；18、第二前缘周期性交界面；19、第一尾缘周期性交界面；20、第二尾缘周期性交界面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，为半开式离心叶轮参数化造型生成方法流程图，包括以下步骤：
S1，获取初始主叶片中性面形状数据、叶片厚度分布数据、叶片数、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值。
S2，提取初始主叶片中性面形状数据进行参数化曲面重构，得到叶片轮廓造型，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片凹凸造型，生成主叶片中性面，主叶片中性面结合叶片厚度分布数据生成主叶片。
S2.1，生成的主叶片包括主叶片吸力面、主叶片压力面、主叶片叶顶面和主叶片尾缘面，具体包括以下步骤：
S2.2，提取初始主叶片中性面形状数据，对曲面进行参数化重构，将自前缘至尾缘的方向规定为曲面的u方向，自叶顶至叶根方向规定为曲面的v方向；
S2.3，自前缘至尾缘均匀的提取若干条v方向的曲面结构线，对曲面结构线进行保形变换，生成主叶片过渡面；
S2.4，对主叶片过渡面进行曲面重构，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片的凹凸造型，生成主叶片中性面；
S2.5，在主叶片中性面上自叶顶至叶根方向均匀提取x条u方向的曲面结构线，在每条曲面结构线上均匀提取y个点，形成y*x个主叶片中性面数据点；
S2.6，通过叶片厚度分布数据，分别计算压力面和吸力面上的数据点，通过得到的数据点分别生成主叶片压力面和主叶片吸力面。
S2.7，主叶片叶顶面的生成首先是将计算域叶顶线绕z轴形成回转面；然后提取闭合的主叶片叶顶轮廓线对回转面进行分割，得到完整的主叶片叶顶面；使用计算域叶顶线对完整的主叶片叶顶面进行分割，得到吸力侧叶顶面和压力侧叶顶面；
S2.8，主叶片尾缘面的生成首先是提取主叶片中性面尾缘曲线lAB、主叶片压力面尾缘曲线lCD和主叶片吸力面尾缘曲线lEF；在叶根回转面上生成曲线lFB和lBD，在叶顶回转面生成曲线lEA和lAC；以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成主叶片压力侧尾缘面，以lEF、lAB、lFB和lEA为边缘曲线生成主叶片吸力侧尾缘面。
S3，以主叶片中性面叶根线的延长线作为轮盘线，旋转轮盘线生成初始轮盘面，对初始轮盘面进行分割重构后，生成非轴对称轮盘面。
S3.1，提取主叶片中性面中的叶根线，以直线形式延长叶根线的两端，并使得斜率连续，以延长后的叶根线作为轮盘线；
S3.2，以轮盘线为母线，围绕叶轮旋转轴扫掠，生成初始轮盘面；
S3.3，对初始轮盘面进行分割，分别生成形状控制面和叶片连接面；
S3.4，对形状控制面进行曲面重构，结合给定的形状控制参数，生成非轴对称轮盘面。
S4，由主叶片中性面、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值生成轮盖线，通过轮盖线生成轮盖面。
S4.1，提取主叶片中性面中的叶根线和叶顶线，投影至子午平面，将叶根线和叶顶线离散为相等数量的坐标点；
S4.2，将主叶片中性面中的叶根线和叶顶线分别在两端以直线形式延长，将两条延长过的曲线分别作为计算域的叶根线和叶顶线；
S4.3，两条延长过的曲线端点投影至子午平面，将坐标点及端点两两之间以直线连接，在叶顶处向外延伸，得到延伸点；
S4.4，使用NURBS曲线插值延伸点，得到子午轮盖线，将子午轮盖线两端延伸后，绕z轴旋转生成回转面；
S4.5，将计算域叶顶线投影至回转面，得到计算域轮盖线，将计算域轮盖线绕z轴旋转2π/N弧度后，生成轮盖面。
S5，通过提取主叶片中性面边缘曲线，经过曲线保形变换后，分别得到周期性交界面。
所述周期性交界面包括前缘周期性交界面、尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面；所述前缘周期性交界面通过提取主叶片中性面前缘线lAB、计算域叶顶线前缘端点C和计算域叶根线前缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对前缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以前缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一前缘周期性交界面，将第一前缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二前缘周期性交界面；所述尾缘周期性交界面通过提取主叶片中性面尾缘线lAB、计算域叶顶线尾缘端点C和计算域叶根线尾缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对尾缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以尾缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一尾缘周期性交界面，将第一尾缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二尾缘周期性交界面；所述叶顶间隙周期性交界面通过提取计算域叶顶线lAB和计算域轮盖线lCD以直线连接点AC和点BD，得到lAC和lBD，以计算域叶顶线lAB、计算域轮盖线lCD、曲线lAC和lBD为边缘曲线生成第一叶顶间隙周期性交界面，将第一叶顶间隙周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二叶顶间隙周期性交界面。
S6，提取周期性交界面的边缘曲线，将边缘曲线分别旋转后得到进口面和出口面。
所述进口面的生成是通过分别提取前缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到进口面。
所述出口面的生成是通过分别提取尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到出口面。
S7，将生成的主叶片、非轴对称轮盘面、轮盖面、进口面、出口面以及周期性交界面在边缘处连接，得到封闭的几何实体，生成参数化计算域。
本发明提出了一种半开式离心叶轮参数化造型网格拓扑方法，采用如前项所述的半开式离心叶轮参数化造型生成方法，在参数化计算域中生成适应计算域空间几何形状的拓扑结构线，对相对应的拓扑结构线规定结构化网格节点数量和分布后，生成结构化网格。拓扑结构线的生成具体包括以下步骤：
S8，生成轮盘面拓扑结构线，分别在非轴对称轮盘面和叶片连接面上生成拓扑结构线；
S9，生成叶顶面拓扑结构线，分别在叶顶回转面和主叶片叶顶面上生成拓扑结构线；
S10，生成轮盖面拓扑结构线，将叶顶面拓扑结构线、主叶片叶顶轮廓线和分流叶片叶顶轮廓线均投影至轮盖面，得到轮盖面拓扑结构线；
S11，生成轮盘面与叶顶面连接拓扑结构线，首先在主叶片上生成拓扑结构线，根据曲线保形变换，分别以主叶片上生成的拓扑结构线、前缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、尾缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、主叶片吸力面及主叶片压力面上的尾缘曲线为原型，生成拓扑结构线；
S12，生成叶顶面与轮盖面连接拓扑结构线，以直线连接叶顶面拓扑结构线与轮盖面拓扑结构线对应的端点，生成拓扑结构线；
S13，生成通道内O型拓扑结构线，首先在沿流动方向轮盘和叶顶之间的通道截面上生成O-Block型的拓扑结构线，然后生成个O型拓扑截面之间的连接曲线。
实施例
以一组给定的输入以及一组随机给定的形状控制参数为例，说明参数化计算域的具体构建方法。图13为初始的主叶片中性面形状数据，该数据的形式可以是任意能够记录曲面形状的点、线、面或曲面成型方法的数据，以中性面10个不同叶高处的型线上的连续坐标点为输入数据(每条型线包含152个点)，其他形式的输入数据均易转化为该数据形式。叶片厚度数据包含自叶根至叶顶若干不同叶高上的自前缘至尾缘的叶形厚度大小，叶片任意位置处的厚度可由该数据线性插值得到。叶片数取值12，前缘叶顶间隙取值0.5mm，尾缘叶顶间隙取值0.3mm。具体分为以下步骤：
步骤1，提取图13中叶根及叶顶的型线，使用NURBS曲线进行拟合，如图14所示，设置控制点数目为main_u＝7，提取控制点在柱坐标下的坐标值(r,θ,z)。
步骤2，子午面形状控制。图15为叶根、叶顶线及其控制点在子午面的投影，通过对各控制点的r和z坐标进行变化，即可控制叶轮子午面形状。这一步选取的参数有Δr1～2main_u-1以及Δz2～2main_u，共计4main_u-2个参数，其中Δr,Δz表示坐标的变化量。并有Δrmain_u＝Δr2main_u，Δz1＝0。
步骤3，轴向长度控制。如图16所示，使用单一参数λ对叶轮轴向长度进行控制，该参数表示轴向长度的缩放系数。这里定义轴向长度为进口边中点Ptin与出口边中点Ptout的轴向距离，即：
L＝zout-zin (1)
给定λ后，可以计算Ptout新的z坐标，并分别确定叶顶缩放系数λs和叶根缩放系数λh：
z′main_u＝zmain_u+(λ-1)L (2)
z′2main_u＝z2main_u+(λ-1)L (3)
Figure BDA0004072247320000111
Figure BDA0004072247320000112
此时，确定控制点1～2main_u的z坐标(r坐标保持不变)：
z′i＝zi+λs(zi-z1),i∈[1,main_u] (6)
z′i＝zi+λh(zi-zmain_u+1),i∈[main_u+1,2main_u] (7)
步骤4，主叶片周向角控制。使用各控制点周向坐标的变化量Δθ作为控制参数，则各控制点新的周向坐标可以如下计算：
Figure BDA0004072247320000113
Figure BDA0004072247320000114
其中，给定Δθ2main_u＝0，则选取的控制参数有Δθ1～2main_u-1，共计2main_u-1个。经过步骤2～4后叶根及叶顶线的形状变化如图17所示。
步骤5，主叶片型面保形变换。使用图13中原始型面数据建立NURBS曲面，将自前缘至尾缘的方向规定为曲面的u方向，自叶顶至叶根方向规定为曲面的v方向。自前缘至尾缘均匀地提取21条v方向的曲面结构线，如图18(a)所示。同时，对于图17中变形后的叶根及叶顶线，各自自前缘至尾缘均匀地提取21个曲线上的点，在每条曲线上，两相邻点间的曲线长度相等，如图18(b)所示。将21条曲线通过曲线保形变换变形至生成的21对对应的点之间，如图18(c)所示。每条曲线都经过如图19所示的曲线保形变换的步骤，将曲线由原端点1、2变换至目标端点1′和2′：首先沿着1→1′的方向平移曲线至1′，然后在2-1′-2′平面内将曲线旋转，使虚线1-2与1′-2′重合，最后将曲线沿着1′-2′的方向缩放，使得曲线端点与1′与2′重合。在对21条曲线都完成这样的保形变换后，以新生成的21条曲线为曲面结构线，生成新的主叶片中性面，从而完成主叶片的轮廓造型，结果如图18(d)所示。
步骤6，主叶片凹凸造型。使用NURBS曲面重构图18(d)中的叶片中性面，并设置曲面u方向上的控制点数目为main_u，v方向上的控制点数目为main_v(本例中main_v＝5)。如图20所示，提取控制点2main_u+1至控制点main_u×main_v控制主叶片的凹凸造型，选取各控制点θ坐标的变化量Δθ作为控制参数，有：
θi′＝θi+Δθi,i∈[2main_u+1,main_u×main_v] (10)
共计main_u×(main_v-2)个控制参数，控制前后的曲面变形如图20所示。
步骤7，生成主叶片压/吸力面。在步骤6生成的叶片中性面上自叶顶至叶根均匀提取30条u方向的曲面结构线，并在每条结构线上等长度地提取1000个曲线上的点，最终形成1000×30的主叶片中性面数据点，如图21所示。在此基础上，通过给定的叶片厚度分布，分别计算压力面和吸力面上的数据点，通过得到的数据点分别生成主叶片压力面和主叶片吸力面2-Main_SS，结果如图22所示。最后，将压力面沿周向旋转2π/N弧度，得到主叶片压力面1-Main_PS，其中N＝12表示叶片数。
步骤8，生成初始轮盘面。如图23所示，提取主叶片叶根线，以直线形式延长两端，并保证斜率连续。两端的延长距离可以调整，本例中取值6mm。以延长后的曲线作为整个计算域的轮盘线。以轮盘线为母线，围绕叶轮旋转轴扫掠2π/N弧度，生成初始轮盘面。
步骤9，轮盘面分割。如图24(a)所示，首先使用主叶片叶根线，以略大于给定的叶根厚度分布的数值，本例中取厚度相较于给定厚度的增量为0.3mm，绘制压/吸力面侧的型线，并取消前缘的椭圆头，得到辅助线l1和l2。将辅助线l2沿周向旋转2π/N弧度，得到辅助线l′2。然后，如图24(b)所示，使用辅助线l1和l′2对步骤8中的初始轮盘面进行分割，分割时，将辅助线两端以直线形式延长至超出曲面边界。分割后得到曲面Srf_1。同时，如图24(c)所示，使用步骤8中得到的轮盘线绕z轴(叶轮旋转轴)旋转一周生成回转面，并使用辅助线l1和l2延长并分割该回转面，得到曲面Srf_2&3。进一步地，如图24(d)所示，对于曲面Srf_2&3，使用闭合的主叶片叶根型线(由吸力侧、压力侧和尾缘组成)进行分割，并去除由叶根型线围成的部分。对于剩下的曲面，使用步骤8中的轮盘线进行分割，得到9-Hub_3和Hub_2’两部分，如图24(e)所示。最后，如图24(f)所示，将Hub_2’绕z轴旋转2π/N弧度，得到8-Hub_2。在本步骤中，初始轮盘面被分割为Srf_1、8-Hub_2和9-Hub_3三部分，如图24(g)所示。
步骤10，轮盘面凹凸造型。如图25所示，完成轮盘面分割后，对形状控制面Srf_1进行NURBS曲面重构，控制点数目为Hub_u×Hub_v，本例中取5×14，选取凹凸造型的控制点时，与叶片相接处的一层控制点位置固定，与叶轮进出口相接处的两层控制点位置固定，其余控制点均被选取作为凹凸造型的可移动控制点。轮盘面控制点的位移方向被唯一确定，如图26所示，对于轮盘面上任一控制点i，在主叶片叶根线上寻找到与其具有相同(r,z)坐标的点，在中性面上获得经过该点的v方向曲面结构线，求得结构线在该点处的切向量li，最后将li绕z轴旋转至控制点i处，得到控制点i的位移向量ni，并定义控制点在ni方向的位移量Δni作为控制参数。最终定义的轮盘面控制参数数量为(Hub_u-2)×(Hub_v-4)，本例中为30个。给定控制参数后，即可生成非轴对称轮盘面7-Hub_1，变形前后的轮盘面形状如图27所示。
步骤11，轮盖面生成。如图28所示，提取主叶片的叶根线和叶顶线，将其投影到子午平面，并将其分别均匀离散为相等数量的坐标点，本例中取101个。同时，将主叶片叶根线和叶顶线分别在两端以直线形式延长一定长度，保证延长的长度与步骤8中叶根线的延长长度一致，将得到的两条延长后的曲线分别作为计算域的叶根线和叶顶线。然后将这两条曲线的端点也投影至子午面，此时子午面在叶根和叶顶各有103个点，将这些点两两以直线连接，并在叶顶处向外延伸，如图28(a)所示，延伸距离由下式给定：
Figure BDA0004072247320000141
其中，前缘叶顶间隙为δleading＝0.5mm,尾缘叶顶间隙为δending＝0.3mm，i表示自前缘开始第i个点。使用NURBS曲线插值延伸得到的点，得到子午轮盖线，将子午轮盖线两端延伸后，绕z轴旋转生成回转面。如图28(b)所示，将计算域叶顶线投影至回转面，得到计算域轮盖线，最后将计算域轮盖线绕z轴旋转2π/N弧度，得到轮盖面14-Shroud。
步骤12，主叶片叶顶面生成。如图29所示，首先使用步骤11中的计算域叶顶线绕z轴生成回转面，然后提取闭合的主叶片叶顶轮廓线(包括压力侧、吸力侧和尾缘)对回转面进行分割，得到完整的主叶片叶顶面。进一步地，使用计算域叶顶线对完整的主叶片叶顶面进行分割，得到吸力侧叶顶面4-Main_top_SS和压力侧叶顶面，最后将压力侧叶顶面绕z轴旋转2π/N弧度得到主叶片压力侧叶顶面3-Main_top_PS。
步骤13，主叶片尾缘面生成。如图30所示，分别提取步骤7中的主叶片中性面尾缘曲线lAB、主叶片压力面尾缘曲线lCD和主叶片吸力面尾缘曲线lEF。在叶根回转面上生成曲线lFB和lBD，在叶顶回转面上生成曲线lEA和lAC。以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成主叶片压力侧尾缘面，以lEF、lAB、lFB和lEA为边缘曲线生成主叶片吸力侧尾缘面6-Main_ending_SS。将压力侧尾缘面绕z轴旋转2π/N弧度得到主叶片压力侧尾缘面5-Main_ending_PS。
步骤14，前缘周期性交界面生成。如图31所示，提取主叶片前缘线lAB，提取计算域叶顶线前缘端点C，提取计算域叶根线前缘端点D。在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD。然后使用步骤5中的曲线保形变换方法，将曲线lAB变换至C和D两点间，得到曲线lCD。最后以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第二前缘周期性交界面18-Leading_extend_P2，将该曲面绕z轴旋转2π/N弧度得到第一前缘周期性交界面17-Leading_extend_P1。
步骤15，尾缘周期性交界面生成。如图32所示，提取主叶片中性面尾缘线lAB，提取计算域叶顶线尾缘端点C，提取计算域叶根线尾缘端点D。在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD。然后使用步骤5中的曲线保形变换方法，将曲线lAB变换至C和D两点间，得到曲线lCD。最后以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第二尾缘周期性交界面20-Ending_extend_P2，将该曲面绕z轴旋转2π/N弧度得到第一尾缘周期性交界面19-Ending_extend_P1。
步骤16，叶顶间隙周期性交界面生成。如图33所示，提取步骤11中的计算域叶顶线lAB和计算域轮盖线lCD，以直线连接点AC和点BD，得到lAC和lBD。最后以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第二叶顶间隙周期性交界面16-Tip_clearance_P2，将该曲面绕z轴旋转2π/N弧度得到第一叶顶间隙周期性交界面15-Tip_clearance_P1。
步骤17，进口面生成。如图34所示，提取第二前缘周期性交界面18-Leading_extend_P2的边缘曲线lAB，提取第二叶顶间隙周期性交界面16-Tip_clearance_P2的边缘曲线lAC。将曲线lAB绕z轴扫掠2π/N弧度得到计算域进口面10-Inlet_main，将曲线lAC绕z轴扫掠2π/N弧度得到计算域进口叶顶间隙面11-Inlet_tip。
步骤18，出口面生成。如图35所示，提取第二尾缘周期性交界面20-Ending_extend_P2的边缘曲线lAB，提取第二叶顶间隙周期性交界面16-Tip_clearance_P2的边缘曲线lAC。将曲线lAB绕z轴扫掠2π/N弧度得到计算域出口面12-Outlet_main，将曲线lAC绕z轴扫掠2π/N弧度得到计算域出口叶顶间隙面13-Outlet_tip。
步骤19，计算域生成。将步骤1至步骤18中生成的编号1至20共20个曲面在边缘处连接，得到封闭的几何实体，可作为CFD计算的计算域。
在生成参数化计算域后，进一步在计算域中生成能够适应计算域空间几何形状的拓扑结构线，该拓扑结构线用于辅助将计算域划空间分为多个六面体区域的组合，可以帮助完成结构化网格的自动生成。图27给出了整个计算域的拓扑结构示意图，如图36(a)所示，为了适应参数化计算域，该拓扑具有三维结构，在沿流向方向上分为6个截面，分别为A、B、C、D、E、F截面，其中A、B、E和F截面的拓扑结构如图36(b)所示，C和D截面的拓扑结构如图36(c)所示。在沿叶高方向上分为3个截面，分别为轮盘面h、叶顶面t和轮盖面s，其中轮盘面拓扑结构如图36(d)所示，叶顶面和轮盖面拓扑结构相同，如图36(e)所示。为了叙述方便，对拓扑结构线的端点进行了编号，其中h代表轮盘面拓扑，t代表叶顶面拓扑，s代表轮盖面拓扑，例如
Figure BDA0004072247320000151
代表轮盘面编号为3的点，/>
Figure BDA0004072247320000152
代表以/>
Figure BDA0004072247320000153
和/>
Figure BDA0004072247320000154
为端点的曲线，/>
Figure BDA0004072247320000155
代表以/>
Figure BDA0004072247320000156
和
Figure BDA0004072247320000157
为端点的曲线。自适应拓扑结构线的生成主要分为以下步骤：
步骤20，轮盘面拓扑生成。在曲面7-Hub_1上生成拓扑结构线
Figure BDA0004072247320000158
和
Figure BDA0004072247320000159
在曲面8-Hub_2上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000161
和/>
Figure BDA0004072247320000162
在曲面9-Hub_3上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000163
和/>
Figure BDA0004072247320000164
结果如图37所示。
步骤21，叶顶面拓扑生成。在叶顶回转面上生成的拓扑结构线的下标包含所有与轮盘面拓扑下标相对应的曲线，分别为：
Figure BDA0004072247320000165
Figure BDA0004072247320000166
和/>
Figure BDA0004072247320000167
除此之外，在叶顶回转面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000168
和/>
Figure BDA0004072247320000169
在曲面3-Main_top_PS上生成拓扑结构线
Figure BDA00040722473200001610
Figure BDA00040722473200001611
和/>
Figure BDA00040722473200001612
在曲面4-Main_top_SS上生成拓扑结构线/>
Figure BDA00040722473200001613
Figure BDA00040722473200001614
和/>
Figure BDA00040722473200001615
结果如图38所示。
步骤22，轮盖面拓扑生成。将所有叶顶面拓扑结构线以及主叶片和分流叶片的叶顶轮廓线(包括压力侧、吸力侧和尾缘)投影至轮盖面14-Shroud，得到轮盖面拓扑结构线。结果如图39所示。
步骤23，轮盘/叶顶连接线拓扑生成。首先，在曲面2-Main_SS上生成拓扑结构线
Figure BDA00040722473200001616
Figure BDA00040722473200001617
和/>
Figure BDA00040722473200001618
在曲面1-Main_PS上生成拓扑结构线/>
Figure BDA00040722473200001619
和/>
Figure BDA00040722473200001620
然后，通过步骤5描述的曲线保形变换方法：提取步骤14中的曲线lCD作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001621
和/>
Figure BDA00040722473200001622
以曲线
Figure BDA00040722473200001623
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001624
以曲线/>
Figure BDA00040722473200001625
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001626
以曲线/>
Figure BDA00040722473200001627
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001628
以主叶片吸力面2-Main_SS尾缘曲线作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001629
提取步骤15中的曲线lCD作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001630
Figure BDA00040722473200001631
和/>
Figure BDA00040722473200001632
以曲线/>
Figure BDA00040722473200001633
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001634
以曲线/>
Figure BDA00040722473200001635
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001636
以曲线/>
Figure BDA00040722473200001637
作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001638
以主叶片压力面1-Main_PS尾缘曲线作为原型生成/>
Figure BDA00040722473200001639
结果如图40所示。
步骤24，叶顶/轮盖连接线拓扑生成。以直线连接叶顶面拓扑结构线与轮盖面拓扑结构线对应编号的端点，生成叶顶/轮盖连接线拓扑
Figure BDA00040722473200001640
其中编号i为图36(e)中除1、15、94和108以外所有的点。结果如图41所示。
步骤25，通道内O型拓扑生成。首先，在沿流动方向轮盘和叶顶之间的通道截面上生成O-Block型的拓扑结构线：在A截面上生成拓扑结构线
Figure BDA00040722473200001641
Figure BDA00040722473200001642
和/>
Figure BDA00040722473200001643
在B截面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA00040722473200001644
Figure BDA00040722473200001645
和/>
Figure BDA00040722473200001646
在C截面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA00040722473200001647
Figure BDA0004072247320000171
和/>
Figure BDA0004072247320000172
在D截面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000173
Figure BDA0004072247320000174
和/>
Figure BDA0004072247320000175
在E截面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000176
Figure BDA0004072247320000177
和/>
Figure BDA0004072247320000178
在F截面上生成拓扑结构线/>
Figure BDA0004072247320000179
Figure BDA00040722473200001710
和/>
Figure BDA00040722473200001711
然后，生成各O型拓扑截面之间的连接曲线/>
Figure BDA00040722473200001712
Figure BDA00040722473200001713
和/>
Figure BDA00040722473200001714
其中i＝124，125，126，127。结果如图42所示。
步骤26，在对相对应的拓扑结构线规定结构化网格节点的数量以及分布后，借助现有的商业网格划分软件，可以实现结构化网格的生成，效果如图43所示。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取初始主叶片中性面形状数据、叶片厚度分布数据、叶片数、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值；
提取初始主叶片中性面形状数据进行参数化曲面重构，得到叶片轮廓造型，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片凹凸造型，生成主叶片中性面，主叶片中性面结合叶片厚度分布数据生成主叶片；
以主叶片中性面叶根线的延长线作为轮盘线，旋转轮盘线生成初始轮盘面，对初始轮盘面进行分割重构后，生成非轴对称轮盘面；
由主叶片中性面、前缘叶顶间隙值和尾缘叶顶间隙值生成轮盖线，通过轮盖线生成轮盖面；
通过提取主叶片中性面边缘曲线，经过曲线保形变换后，分别得到周期性交界面；
提取周期性交界面的边缘曲线，将边缘曲线分别旋转后得到进口面和出口面；
将生成的主叶片、非轴对称轮盘面、轮盖面、进口面、出口面以及周期性交界面在边缘处连接，得到封闭的几何实体，生成参数化计算域。
2.如权利要求1所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述生成的主叶片包括主叶片吸力面和主叶片压力面，具体包括以下步骤：
提取初始主叶片中性面形状数据，对曲面进行参数化重构，将自前缘至尾缘的方向规定为曲面的u方向，自叶顶至叶根方向规定为曲面的v方向；
自前缘至尾缘均匀的提取若干条v方向的曲面结构线，对曲面结构线进行保形变换，生成主叶片过渡面；
对主叶片过渡面进行曲面重构，结合给定的凹凸控制参数，得到主叶片的凹凸造型，生成主叶片中性面；
在主叶片中性面上自叶顶至叶根方向均匀提取x条u方向的曲面结构线，在每条曲面结构线上均匀提取y个点，形成y*x个主叶片中性面数据点；
通过叶片厚度分布数据，分别计算压力面和吸力面上的数据点，通过得到的数据点分别生成主叶片压力面和主叶片吸力面。
3.如权利要求2所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述非轴对称轮盘面的生成具体通过以下步骤：
提取主叶片中性面中的叶根线，以直线形式延长叶根线的两端，并使得斜率连续，以延长后的叶根线作为轮盘线；
以轮盘线为母线，围绕叶轮旋转轴扫掠，生成初始轮盘面；
对初始轮盘面进行分割，分别生成形状控制面和叶片连接面；
对形状控制面进行曲面重构，结合给定的形状控制参数，生成非轴对称轮盘面。
4.如权利要求2所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述轮盖面的生成具体包括以下步骤：
提取主叶片中性面中的叶根线和叶顶线，投影至子午平面，将叶根线和叶顶线离散为相等数量的坐标点；
将主叶片中性面中的叶根线和叶顶线分别在两端以直线形式延长，将两条延长过的曲线分别作为计算域的叶根线和叶顶线；
两条延长过的曲线端点投影至子午平面，将坐标点及端点两两之间以直线连接，在叶顶处向外延伸，得到延伸点；
使用NURBS曲线插值延伸点，得到子午轮盖线，将子午轮盖线两端延伸后，绕z轴旋转生成回转面；
将计算域叶顶线投影至回转面，得到计算域轮盖线，将计算域轮盖线绕z轴旋转2π/N弧度后，生成轮盖面。
5.如权利要求4所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述主叶片的生成还包括主叶片叶顶面和主叶片尾缘面；
所述主叶片叶顶面的生成首先是将计算域叶顶线绕z轴形成回转面；然后提取闭合的主叶片叶顶轮廓线对回转面进行分割，得到完整的主叶片叶顶面；使用计算域叶顶线对完整的主叶片叶顶面进行分割，得到吸力侧叶顶面和压力侧叶顶面；
所述主叶片尾缘面的生成首先是提取主叶片中性面尾缘曲线lAB、主叶片压力面尾缘曲线lCD和主叶片吸力面尾缘曲线lEF；在叶根回转面上生成曲线lFB和lBD，在叶顶回转面生成曲线lEA和lAC；以lAB、lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成主叶片压力侧尾缘面，以lEF、lAB、lFB和lEA为边缘曲线生成主叶片吸力侧尾缘面。
6.如权利要求4所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述周期性交界面包括前缘周期性交界面、尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面；所述前缘周期性交界面通过提取主叶片中性面前缘线lAB、计算域叶顶线前缘端点C和计算域叶根线前缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对前缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以前缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一前缘周期性交界面，将第一前缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二前缘周期性交界面；所述尾缘周期性交界面通过提取主叶片中性面尾缘线lAB、计算域叶顶线尾缘端点C和计算域叶根线尾缘端点D，在计算域叶顶线上截取曲线lAC，在计算域叶根线上截取曲线lBD，对尾缘线lAB进行保形变换，得到曲线lCD，以尾缘线lAB、曲线lCD、lBD和lAC为边缘曲线生成第一尾缘周期性交界面，将第一尾缘周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二尾缘周期性交界面；所述叶顶间隙周期性交界面通过提取计算域叶顶线lAB和计算域轮盖线lCD以直线连接点AC和点BD，得到lAC和lBD，以计算域叶顶线lAB、计算域轮盖线lCD、曲线lAC和lBD为边缘曲线生成第一叶顶间隙周期性交界面，将第一叶顶间隙周期性交界面绕z轴旋转2π/N弧度得到第二叶顶间隙周期性交界面。
7.如权利要求6所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述进口面的生成是通过分别提取前缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到进口面。
8.如权利要求6所述的一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法，其特征在于，所述出口面的生成是通过分别提取尾缘周期性交界面和叶顶间隙周期性交界面的边缘曲线，然后将边缘曲线分别绕z轴旋转2π/N弧度后，得到出口面。
9.一种半开式离心叶轮参数化造型网格拓扑方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的半开式离心叶轮参数化造型生成方法，在参数化计算域中生成适应计算域空间几何形状的拓扑结构线，对相对应的拓扑结构线规定结构化网格节点数量和分布后，生成结构化网格。
10.如权利要求9所述的一种半开式离心叶轮参数化造型网格拓扑方法，其特征在于，所述拓扑结构线的生成具体包括以下步骤：
生成轮盘面拓扑结构线，分别在非轴对称轮盘面和叶片连接面上生成拓扑结构线；
生成叶顶面拓扑结构线，分别在叶顶回转面和主叶片叶顶面上生成拓扑结构线；
生成轮盖面拓扑结构线，将叶顶面拓扑结构线、主叶片叶顶轮廓线和分流叶片叶顶轮廓线均投影至轮盖面，得到轮盖面拓扑结构线；
生成轮盘面与叶顶面连接拓扑结构线，首先在主叶片上生成拓扑结构线，根据曲线保形变换，分别以主叶片上生成的拓扑结构线、前缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、尾缘周期性交界面上的边缘曲线lCD、主叶片吸力面及主叶片压力面上的尾缘曲线为原型，生成拓扑结构线；
生成叶顶面与轮盖面连接拓扑结构线，以直线连接叶顶面拓扑结构线与轮盖面拓扑结构线对应的端点，生成拓扑结构线；
生成通道内O型拓扑结构线，首先在沿流动方向轮盘和叶顶之间的通道截面上生成O-Block型的拓扑结构线，然后生成个O型拓扑截面之间的连接曲线。
CN202310097854.5A 2023-02-10 2023-02-10 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法 Pending CN116244848A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310097854.5A CN116244848A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310097854.5A CN116244848A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116244848A true CN116244848A (zh) 2023-06-09

Family

ID=86634441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310097854.5A Pending CN116244848A (zh) 2023-02-10 2023-02-10 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116244848A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116484771A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116484771A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置
CN116484771B (zh) * 2023-06-21 2023-08-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110727995B (zh) 叶片形状的构造方法、叶片以及计算机设备
CN116361935A (zh) 带分流叶片的半开式离心叶轮参数化生成方法及网格拓扑方法
CN106446324B (zh) 大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法
Koini et al. A software tool for parametric design of turbomachinery blades
CN111859556B (zh) 基于双四次Bezier曲面的离心叶轮设计方法及系统
Yun et al. Reverse modeling strategy of aero-engine blade based on design intent
CN110059414B (zh) 一种直接控制通道的二维叶片造型方法
CN108153998A (zh) 离心鼓风机叶轮的全三维气动优化设计方法
CN109343468B (zh) 一种基于投影偏置的叶片多轴轨迹生成方法
CN112115558B (zh) 一种基于人群搜索算法的汽轮机叶栅型线参数化重构方法
Nemnem et al. A smooth curvature-defined meanline section option for a general turbomachinery geometry generator
CN116244848A (zh) 一种半开式离心叶轮参数化造型生成方法及网格拓扑方法
CN103541774A (zh) 涡轮叶片设计方法
CN115374576B (zh) 用于压气机叶片与机匣处理一体化扩稳设计方法
CN107908914B (zh) 离心压缩机闭式叶轮可加工性判断及中间截面的计算方法
CN115081130B (zh) 基于动态支持向量回归的叶片与端壁联合气动优化方法
Havrylenko et al. Modelling of surfaces of engineering products on the basis of array of points
CN114036668A (zh) 一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法
CN113094964B (zh) 一种生成叶片加工坐标的方法和装置
CN112487570B (zh) 基于自由变形技术的离心压缩机分流叶片形状优化方法
CN113027785B (zh) 双函数耦合型面调控扩压器端壁的离心压缩机扩稳方法
CN111474899B (zh) 一种基于三角化的复杂型腔高速数控铣削螺旋路径生成方法
CN115391952A (zh) 一种非轴对称造型方法、工作叶片及燃气涡轮
CN112861321B (zh) 一种对具有串列静子叶型的轴流压气机进行端壁造型的方法
CN114547786A (zh) 一种考虑加工变形的弯扭薄壁叶片测点规划方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination