(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 20221084384 4.7 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 中国农业大 学 地址 100193 北京市海淀区 圆明园西路2号 (72)发明人 朱迪　吴延昭　靳发业　陶然　 肖若富　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 耿琦 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种水力机 械叶片空蚀位置预测方法 (57)摘要 本发明提供一种水力机械叶片空蚀位置预 测方法， 包括： 针对叶片流域建立三维模 型， 并引 入空化模型对三维模型进行数值模拟计算， 得到 空化涡脱落特征频率以及空化变化周期； 基于空 化涡脱落特征频率和三维模型， 构建沿叶片表面 法向分布的监测点阵； 基于空化模型， 对监测点 阵进行数值模拟计算， 得到监测点阵的空化体积 分数； 基于监测点阵的空化体积分数和空化变化 周期， 得到叶片表面的空蚀强度， 进而绘制出叶 片表面的强度云图； 基于叶片表面的强度云图， 预测出叶片表 面的空蚀位置。 本发 明通过沿叶片 表面法向设置监测点阵， 快速准确地预测水力机 械的叶片空蚀位置， 对降低空蚀破坏和提高水力 机械使用寿 命具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115292831 A 2022.11.04 CN 115292831 A 1.一种水力机 械叶片空蚀位置预测方法， 其特 征在于， 包括： 针对叶片流域建立三维模型， 并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计算， 得 到空化涡脱落特 征频率以及空化变化周期； 基于所述空化涡脱落特征频率， 构建沿叶片表面法向分布的监测点阵， 其中， 所述监测 点阵包括至少一层点阵； 基于所述空化模型， 对所述监测点阵进行数值模拟计算， 得到所述监测点阵的空化体 积分数； 基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期， 得到 叶片表面的空蚀强度， 进而绘制出叶片表面的强度云图； 基于所述叶片表面的强度云图， 预测出叶片表面的空蚀位置 。 2.根据权利要求1所述的水力 机械叶片空蚀位置预测方法， 其特征在于， 所述基于所述 空化涡脱落特 征频率， 构建沿叶片表面法向分布的监测点阵， 包括： 基于所述空化涡脱落特征频率， 沿叶片表面法 向设置距离叶片表面不同距离的监测点 阵的点阵层； 其中， 所述 监测点阵的密度按照如下 经验公式给定： 其中， LP为点阵中相邻两点间距的平均值； cs为经验系数； V∞为叶轮外径 圆周速度； fcav 为空化涡脱落特 征频率。 3.根据权利要求1所述的水力 机械叶片空蚀位置预测方法， 其特征在于， 所述基于所述 监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期， 得到叶片表面的空蚀强度， 进而绘制出叶 片表面的强度云图， 包括： 基于所述监测点阵的空化体积分数， 针对所述监测点阵的任一监测点位， 选取任一个 空化变化周期， 将所述 一个空化变化周期平均分为至少一个时间段； 求取每个时间段内的空化体积分数峰峰值； 其中， 所述空化体积分数峰峰值为每个时 间段内空化体积分数最大值与空化体积分数最小值之差； 基于所述每个时间段内的空化体积分数 峰峰值， 得到所述空化体积分数峰峰值的平均 峰峰值； 将各个监测点位的平均峰峰值沿叶片表面法 向投影至叶片表面并进行叠加， 得到叶片 表面的空蚀强度； 基于所述叶片表面的空蚀强度， 绘制出叶片表面的强度云图。 4.根据权利要求3所述的水力 机械叶片空蚀位置预测方法， 其特征在于， 所述将各个监 测点位的平均峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面并进 行叠加， 得到叶片表面的空蚀强 度， 包括： 求取各个监测点 位的平均峰 峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度； 将所述各个监测点位的平均 峰峰值沿叶片表面法向投影至叶片表面的等效强度进行 叠加， 得到叶片表面的空蚀强度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115292831 A 2一种水力机械叶片空蚀位置 预测方法 技术领域 [0001]本发明涉及水力机 械领域， 尤其涉及一种水力机 械叶片空蚀位置预测方法。 背景技术 [0002]水力机械作为一种常见的通用机械， 在水力机械运行过程中， 空化一直是影响机 组运行稳定性的重要问题， 在叶片式水力机械中， 空化问题尤为突出。 空化是指液体局部位 置的压力降低到汽化压力之下时， 液体开始产生液 ‑气相变生成大量气泡， 气泡随压力的变 化而初生、 发展、 溃灭的现象。 在靠近叶片表面的位置， 空泡溃灭产生的冲击波会在叶片表 面形成蜂窝状的孔洞， 形成空蚀， 对叶片的材 料造成破坏， 严重影响水力机 械的使用寿命。 [0003]目前可以采用计算流体动力学方法对流动内的空化进行很好的数值模拟， 但是对 于空蚀位置的预测， 还缺乏快速准确的方法。 发明内容 [0004]本发明的目的是提供一种水力机械叶片空蚀位置预测方法， 用以解决现有技术中 无法快速准确预测水力机械叶片空蚀位置的问题， 通过数值模拟， 利用空化体积分数峰峰 值， 计算出空化对叶片表面的空蚀强度， 快速准确预测水力机械叶片空蚀位置， 对提高水力 机械使用寿命具有重要意 义。 [0005]本发明提供一种水力机 械叶片空蚀位置预测方法， 包括： [0006]针对叶片流域建立三维模型， 并引入空化模型对所述三维模型进行数值模拟计 算， 得到空化涡脱落特 征频率以及空化变化周期； [0007]基于所述空化涡脱落特征频率， 构建沿叶片表面法向分布的监测点阵， 其中， 所述 监测点阵包括至少一层点阵； [0008]基于所述空化模型， 对所述监测点阵进行数值模拟计算， 得到所述监测点阵的空 化体积分数； [0009]基于所述监测点阵的空化体积分数和所述空化变化周期， 得到叶片表面的空蚀强 度， 进而绘制出叶片表面的强度云图； [0010]基于所述叶片表面的强度云图， 预测出叶片表面的空蚀位置 。 [0011]根据本发明提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法， 所述基于所述空化涡脱落特 征频率， 构建沿叶片表面法向分布的监测点阵， 包括： [0012]基于所述空化涡脱落特征频率， 沿叶片表面法向设置距离叶片表面不同距离的监 测点阵的点阵层； 其中， 所述 监测点阵的密度按照如下 经验公式给定： [0013] [0014]其中， LP为点阵中相邻两点间距的平均值； cs为经验系数； V∞为叶轮外径圆周速度； fcav为空化涡脱落特 征频率。 [0015]根据本发明提供的水力机械叶片空蚀位置预测方法， 所述基于所述监测点阵的空说　明　书 1/6 页 3 CN 115292831 A 3