一种具有仿生鱼鳞结构非光滑表面微流控仿生叶轮叶片

技术领域

本发明涉及流体机械领域，具体涉一种具有仿生鲤鱼鱼鳞结构的流动控制的叶轮叶片。

背景技术

离心泵运行过程中存在各种能量损失，水流对叶片的冲击作用下产生的绕流阻力，摩擦阻力的增加会直接增大噪音，降低叶片泵效率。因此，减小叶片叶片泵内叶轮表面阻力，降低流动噪声，提高叶片叶片泵运行的稳定性十分必要。为应对水中复杂的生存环境，鱼类具有快速、高效以及机动灵活的游动特点，鱼鳞结构化表面在流体中运动有着良好的减阻效果。因此，本专利提出一种具有仿生鲤鱼鱼鳞结构的流动控制方法及具有其的叶轮叶片，基于表面仿生鱼鳞结构的流动控制，改善叶片表面流体流动特性、减小流动阻力，降低叶片泵运行过程中的噪音。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有仿生鱼鳞结构非光滑表面微流控仿生叶轮叶片，基于表面仿生鱼鳞覆瓦状叠放结构实现流动控制。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有仿生鱼鳞结构非光滑表面微流控仿生叶轮叶片，该仿生叶轮叶片包含叶片前缘、叶片后缘、叶片主体，叶片主体的两侧表面叶片吸力面和叶片压力面均为仿生鱼鳞表面，仿生鱼鳞表面设置有按一定规律排布的仿生鱼鳞结构，叶片主体表面的仿生鱼鳞结构层层排布，呈覆瓦状叠放，使叶片主体与流体接触表面形成仿生非光滑表面。

进一步，所述仿生叶轮叶片数为6～10，所述仿生叶轮叶片后缘厚度δ＝1.5～3mm，后缘长度b＝10～15mm。

进一步，所述仿生鱼鳞结构由1个上表面、1个下表面、3个侧面组成，上表面为一个斜面，下表面为叶轮叶片表面，上下表面交点即为仿生鱼鳞单元顶点，上表面与下表面夹角β＝8°～20°，上表面长弧为仿生鱼鳞单元上表面后缘，下表面长弧为仿生鱼鳞单元下表面后缘，仿生鱼鳞单元上表面和下表面后缘高度h＝0.12～0.3mm。

进一步，所述仿生鱼鳞结构上下表面在平面上投影近似扇形，由3段圆弧组成，扇形的两个半径由两个短圆弧代替，扇形半径R＝0.1～0.5δ，两端点夹角α＝120°。

进一步，所述叶片主体表面的仿生鱼鳞结构表面鱼鳞单元结构排布方式按照一定规则排布，鱼鳞单元结构错位排布，同一排内临近鱼鳞单元结构两端点重合；上下排布时，上排鱼鳞单元结构顶点与下排鱼鳞单元结构下表面后缘中点重合。

进一步，所述仿生鱼鳞结构本体为轴对称结构，其上下表面在平面的投影外轮廓包括：

第一段基段，位于鱼鳞单元结构后缘，呈圆弧状，其形状大小与上下表面后缘一致；

第二段基段以及第三基段，位于鱼鳞单元结构侧面与鱼鳞单元结构下表面侧缘重合，分别与第一基段两端相连接，且相对于第一基段对称分布。

进一步，所述鱼鳞单元结构顶点极坐标为：

所述第一基段的曲线方程为：

所述第二基段的曲线方程为：

所述第三基段的曲线方程为：

式中，R为扇形半径，α为两端点夹角。

本发明的有益效果为：本发明采用基于表面仿生鱼鳞结构的流动控制，改善叶片表面流体流动特性、降低叶片泵运行过程中的噪音。

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

图1是本发明一个实施例的叶片示意图；

图2是本发明一个实施例的仿生鱼鳞单元结构排布方式示意图；

图3是本发明一个实施例鱼鳞单元结构示平面投影示意图；

图中，a是叶片前缘，b是叶片后缘，c是叶片吸力面，d是叶片压力面，e是仿生鱼鳞单元结构，1是仿生鱼鳞结构上表面，2是仿生鱼鳞结构侧面，3是仿生鱼鳞结构后缘高度，4是仿生鱼鳞结构顶点，5是仿生鱼鳞单元结构上表面后缘，6是仿生鱼鳞单元结构下表面后缘，7是外轮廓曲线第一基段，8是外轮廓曲线第二基段，9是外轮廓曲线第三基段。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的一种具有仿生鱼鳞结构非光滑表面的微流控叶轮叶片，具体包括：该仿生叶轮叶片包含叶片前缘a、叶片后缘b、叶片主体。叶片主体的两侧表面叶片吸力面c和叶片压力面d都为仿生鱼鳞表面，表面设置有按一定规律排布的仿生鱼鳞结构e，叶片表面仿生鱼鳞结构层层排布，呈覆瓦状叠放。

本发明的一个实施例中，仿生的叶片数为8，仿生叶片后缘厚度δ＝2mm，叶片后缘长度为b＝11mm。

本发明的一个实施例中，如图2所示，仿生鱼鳞结构由一个仿生鱼鳞结构上表面1、一个仿生鱼鳞结构下表面、三个仿生鱼鳞结构侧面2组成，仿生鱼鳞结构上表面1为一个斜面，仿生鱼鳞结构下表面为叶轮叶片表面，仿生鱼鳞结构上下表面交点即为仿生鱼鳞结构顶点4，仿生鱼鳞结构上下表面夹角β≈14°。仿生鱼鳞结构上表面1长弧为仿生鱼鳞单元结构上表面后缘5，仿生鱼鳞结构下表面长弧为仿生鱼鳞单元结构下表面后缘6，仿生鱼鳞单元结构上下表面后缘高度h＝0.2mm。仿生鱼鳞结构e上下表面在平面上投影近似扇形，由3段圆弧组成，扇形的两个半径由两个短圆弧代替，扇形半径R＝0.8mm，两端点夹角α＝120°。

在本发明的一个实施例中，其表面鱼鳞排布方式按照一定规则排布，鱼鳞单元结构错位排布，同一排内临近鱼鳞单元结构两端点重合。上下排布时，上排鱼鳞单元结构顶点与下排鱼鳞单元结构下表面后缘中点重合。

如图3所示，本发明的一个实施例中，仿生鱼鳞结构本体为轴对称结构，其上下表面在平面的投影外轮廓包括：

第一段基段7，位于仿生鱼鳞结构后缘，呈圆弧状，其形状大小与上下表面后缘一致；

第二段基段8以及第三基段9，位于仿生鱼鳞结构侧面与仿生鱼鳞结构下表面侧缘重合，分别与第一基段两端相连接，且相对于第一基段对称分布。

在本发明的一个实施例中，以一个仿生鱼鳞结构顶点建立极坐标，

第一基段7的曲线方程为：

第二基段(8)的曲线方程为：

第三基段(9)的曲线方程为：

式中，R为扇形半径，α为两端点夹角。

本发明实施例的有益效果为：基于表面仿生鱼鳞结构的流动控制，改善叶片表面流体流动特性、减小流动阻力，降低叶片泵运行过程中的噪音。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。