后掠式叶片具有载荷自适应性,提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线,以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点,通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数,以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标,采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数,建立后掠式叶片三维模型,在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明,通过对扭角、后掠值进行优化,后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小,优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。

以一后掠角为60°的后掠式轴流泵为研究对象,采用PIV技术对其内部流场进行测量,得到了0.8Qopt,1.0Qopt,1.2Qopt3个工况下叶轮在一个流道周期的12个拍摄截面上的速度场。发现在0.8Qopt工况下,经过后掠叶片的流体具有明显的径向流动趋势,流量越小径向流动趋势越明显。叶轮内流体在后掠叶片进口边和转轮端壁区容易出现低速区域,并且流量越小低速区域越大;在靠近轮缘附近,叶片进口边压力面上的流体会向吸力面流动,流量越小该现象越明显。研究结果对掌握不同型式叶片的轴流泵内部流动特性具有重要的理论指导作用。