蜗壳设计
蜗壳设计和优化
蜗壳设计和优化对于大多数径流式叶轮机械来说，蜗壳都是不可或缺的。
蜗壳一般需要定义多个横截面，这些横截面都是2D曲线并沿着圆周方向进行扫略。
一般而言，在泵和涡轮增压器中都包含蜗壳和叶轮。
对于泵和压气机而言，蜗壳的作用是，通过降低介质的速度，将其动能转化为压力势能，从而使其压力增加。
然而涡轮的蜗壳却有着相反的功能，即将废气的压力势能转化为动能（来驱动叶轮）。
CAESES是利用CFD进行自动化形状优化的先进的蜗壳设计优化工具。
其先进的参数化蜗壳模型，具有较高的稳定性，并通过高度自动化的流程能够节省您大量的工作时间。
在CAESES里创建的参数化蜗壳模型设计蜗壳的挑战系统的蜗壳流动优化是一项耗时的工作，通常这是一个反复迭代过程。
CFD 工程师会对一个之前由CAD部门设计创建的模型进行分析，得到分析结果后CFD工程师向CAD同事介绍如何改变形状，CAD工程师调整模型，并将其返回给CFD工程师。
这个循环可能需要花费几天甚至几周的时间，直到一个新的（性能改进的）蜗壳被开发出来。
考虑到（加入）其他部件（如叶轮和扩压器）能有更好的性能预测，那么情况将变得更加复杂。
理论上，CAESES能有效地将这项工作的耗时从几个月缩短到几天。
蜗舌模型这是主涡壳表面分别与入口（涡轮）或出口（压缩机）几何相交的区域。
CAESES提供各种技术和解决方案，为您解决这个棘手的工作。
这极大地加速了蜗舌几何的建模过程，并使得最终的蜗壳在自动化变形和优化期间绝对稳健。
稳健的蜗舌模型应用于自动化变形和优化过程横截面的定义CAESES中可以自定义横截面2D型线的形式，或导入现有数据以将其转换为参数化截面。
蜗壳通常由典型的分布规律控制，例如A/R比率，这些都可以在CAESES中进行设定。
CFD专家通常想要尝试自己的一些想法，并考虑更多与流动过程相符的形状控制。
这些想法和任意几何约束都可以在CAESES高度集成的蜗壳模型中直接考虑进去。
用户自定义2D横截面任意蜗壳模型的解决方案无论您使用的是何种设备或者您的蜗壳模型有多么复杂，对于全自动化模型优化，CAESES都是一个理想的选择，它可以节省您大量的时间和人力资源。
水轮机课程设计蜗壳设计
水轮机课程设计 蜗壳设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水轮机蜗壳的基本结构及其在水力发电中的作用；2. 学生能够掌握蜗壳设计的基本原理，包括流速分布、水流角度和压力的计算；3. 学生能够了解并描述影响蜗壳效率的主要因素。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，进行蜗壳进出口直径、形状和长度的初步计算；2. 学生通过实际案例分析和模拟实验，培养解决蜗壳设计过程中遇到问题的能力；3. 学生能够运用CAD软件或其他绘图工具，绘制出符合技术要求的蜗壳结构图。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对水利工程学科的热爱和对水轮机蜗壳设计的兴趣；2. 学生在学习过程中，树立节能减排和可持续发展的观念，认识到蜗壳设计在环境保护和资源合理利用方面的重要性；3. 学生能够通过团队协作完成设计任务，培养沟通协调能力和集体荣誉感。
课程性质：本课程为应用实践性课程，结合理论知识和实际操作，提高学生的工程实践能力。
学生特点：学生为高中年级，具有一定的物理基础和数学计算能力，对工程设计和实践操作具有好奇心。
教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生主动参与，培养其解决问题的能力和创新思维。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在课程结束时能够达到预定的教学效果。
二、教学内容1. 引言：水轮机蜗壳的作用与结构简介，使学生了解蜗壳在水轮机中的重要性。
相关教材章节：第一章 水轮机概述2. 蜗壳设计原理：a. 流体力学基础，包括流速分布、水流角度和压力的计算；b. 蜗壳设计的基本参数及其相互关系；c. 影响蜗壳效率的因素。
相关教材章节：第二章 水轮机蜗壳设计原理3. 蜗壳设计计算：a. 蜗壳进出口直径、形状和长度的计算方法；b. 实际案例分析，以加深学生对蜗壳设计的理解；c. 模拟实验，锻炼学生解决实际问题的能力。
相关教材章节：第三章 蜗壳设计计算4. 蜗壳设计实践：a. 运用CAD软件或其他绘图工具进行蜗壳结构图的绘制；b. 团队协作完成蜗壳设计任务，培养学生的沟通协调能力；c. 针对设计方案进行评价和优化。
蜗壳设计
17．1 进气蜗壳类型按通道数目划分，向心涡轮进气蜗壳可分为单通道和多通道两种。
图17-3 双通道串列进气蜗壳在图17-5中示出向心涡轮进气蜗壳常见的截面形状。
为今后叙述方便，每一种都取一个象形的名称。
图17-5 进气蜗壳常见截面形状17．2 蜗壳流动流动假定：不可压缩流体，稳定，等熵，等环量流动。
蜗壳进口处气流马赫数很低，可合理地假定为不可压缩流体。
在蜗壳出口处气流马赫数己很高，特别是无叶喷嘴环向心涡轮蜗壳出口，不可压缩流体必然导致较大误差。
内燃机出口气流是脉动的，稳定流动假定并不合理。
因非稳定流动的求解非常复杂，此假定是不得己而为之。
等熵流动假定意昧着计算中不考虑损失系数修正。
由于蜗壳中流体遵守动量距守恒规律，故等环量流动是比较符合实际的合理假定。
图17-1 单通道进气蜗壳图17-2双通道并列进气蜗壳图17-2图17-4 双通道串列进气蜗壳周向布置图17-6 进气蜗壳流动示意图进口流动：图17-6为进气蜗壳流动示意图。
在蜗壳进口处（O-O 截面）有，⎰=RCREi Ui dR b C G ρ0 (1)式中，0G 蜗壳进气流量。
ρ流体密度，不可压缩，故为常数。
i U C ,微流管周向分速。
i b 微流管宽度。
按气流流动是等环量分布的假定，Γ=i i U R C ,，可将上式改写成，⎰Γ=RCRE iidR R b G ρ0 ……………………………………….(2) 令 ⎰=RCREi dR b A 0，即蜗壳进口截面面积。
若设=0R A 0S dR R b RCRE ii=⎰，则 00S G Γ=ρ=0R A Γρ ……………………………………….(3) 式中，0R 是进口截面当量平均半径，由下式计算，⎰=RCRHiidR R b A R 00 ………………………………………. (4) 出口流动：蜗壳出口截面是宽度为b ，半径为h R 的圆柱面。
假定蜗壳出口气流沿周向均匀分布，即沿整个蜗壳出口截面的气流速度C 和气流角度α均为常数。
蜗壳的作用、型式、主要尺寸的选择与计算
➢混凝土蜗壳：梯形断面
➢m≥n：减低厂房高度， 缩短主轴长度
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
• 混凝土蜗壳进口断面形状选择：
（1）δ一般为20°~30°， 常取δ=30°；
（2）当n=0时，γ=10°~15°，
b/a=1.5~1.7，可达 2.0；
2、金属蜗壳的水力计算
通过任一断面i 的流量为： Qi Qmaxi / 360
（ i ：从蜗壳鼻端至断面i 的包角）
又 Vu C Vc 的假定
∴断面半径
i
Qi
Vc
Qmax i 360Vc
断面中心矩： ai ra i 断面外半径：Ri ra 2i
对进口断面，将 i 代入0 公式
Q0 , ，0 , a即0和得R0。值
面和断面单线图。
已知条件：Hr、Qmax、b0、 Da、Db，蜗壳类型，
0、Vc 。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
1、蜗壳中的水流运动 V Vr Vu
（1）径向分速度 V：r
Vr
Qmax
Dab0
constant
（水流必须均匀地、 轴对称地进入导水机构）
（3）当m＞n时，γ=10°~20°，
(b-n)/a=1.2~1.7，可达1.85；
（4）当m≤n时，γ=25°~35°，
(b-m)/a=1.2~1.7，可达1.85；
中间断面形状的确定： 直线过渡或抛物线过渡。
第 一 第节二蜗章壳水的轮型机式的蜗及壳其、主尾要水参管和数气选蚀择
3、蜗壳的包角 0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面
可求出对应每一个Ri中间断面的尺寸 ai ,ni ,mi及
高比转离心风机速蜗壳设计
高比转离心风机速蜗壳设计1. 高比转离心风机的特点与优势高比转离心风机通常是指转速在10000转/分钟以上的离心风机，具有以下特点和优势：高效率：高比转离心风机采用高速旋转的转子，配以合理设计的蜗壳，能够产生较大的压力和流量，实现高效能的风动力转换。
小型化：相比传统离心风机，高比转离心风机在相同流量和压力下，可以通过提高转速和减小机身尺寸来实现风机的小型化，从而节省空间。
轻量化：高比转离心风机采用先进的材料和结构设计，减少风机的重量，便于悬挂和安装，适用于各种工业和商业场景的需求。
2. 转速蜗壳设计要考虑的因素在设计高比转离心风机的转速蜗壳时，需要考虑以下因素：流动性能：蜗壳的内部结构需要符合流动的要求，保证风气流的顺畅流动，减小损失。
压力扩散：蜗壳的设计应使风气流在进入蜗壳后能够进行适当的压力扩散，从而使得风压的分布更加合理，减小压力损失。
转向角度：在设计蜗壳的时候，需要考虑流体在转向过程中的能量转换和损失，通过合理的转向角度设计来减小能量损失。
材料选择：蜗壳需要采用具有良好机械性能、耐磨性和耐腐蚀性的材料，以保证蜗壳的使用寿命和性能稳定性。
噪音和振动：转速蜗壳的设计还需要考虑减小噪音和振动，通过合理的结构和材料设计来降低风机工作时的噪音和振动水平。
3. 设计方法和步骤高比转离心风机转速蜗壳的设计可以遵循以下步骤和方法：1.确定设计要求：根据风机的工作条件、流量和压力要求等，确定设计所需的参数和性能指标。
2.蜗壳的几何参数确定：确定蜗壳的进口直径、出口直径、导叶长度、导叶角度等几何参数，通过计算和模拟分析来得到最佳设计。
3.流动性能分析：利用CFD(ComputationalFluidDynamics)等工具对蜗壳内部风气流动进行数值模拟和分析，评估风机性能和流体损失。
4.优化设计：根据流动分析结果，对蜗壳进行优化设计，减小流体损失，提高风机效率。
5.结构和材料优化：优化蜗壳的结构和材料选择，以提高强度、降低噪音和振动，提高风机的可靠性和稳定性。
蜗壳及尾水管设计
蜗壳及尾水管设计（1）蜗壳水力计算从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面0-0之间的夹角称为蜗壳的包角，常用φ0表示，蜗壳的鼻端即位于蜗壳末端连接在一起的那一个特殊固定导叶的出水边，一般采用φ0=345°蜗壳进口断面平均流速V c是决定蜗壳尺寸的主要参数。
V c值根据水轮机设计水头Hr从图中查得V c=4.5 m/s1主要参数H r=31.0 m Q max=13.17 m3/s D a=2.42m 包角φ0=345 D a/2=2.42/2=1.21 m2 蜗壳计算表水轮机蜗壳单线图（2）尾水管设计根据以往经验,弯肘形尾说管不但可以减少开挖深度,而且具有良好的水力性能尾水管尺寸表弯肘型尾水管有进口直锥段.中间肘管段和出口扩散段和出口扩散段三部分组成.A 进口直锥段混流式水轮机单边扩散角009~7=θ,这里取 80.B 中间弯肘段是一段900转弯的变截面弯管,进口断面为圆形,出口断面为矩形.C 出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘的矩形扩散管.起顶板仰角一般取0013~10=α,这里取13.应用第三种比例情况进行尺寸计算:h=2..6×1.4=3.64 m L=4.5×1.4=6.30 m B 5=2.72*1.4=3.808m D 4=1.35×1.4=1.89 m h 4=1.35×1.4=1.89 mh 6=0.675×1.4=0.945mL 1=0.94×1.4=2.548 m h 5=1.22×1.4=1.708m尾水管高度指水轮机底环平面至尾水管底版的高度.h=2.6*D 1=2.6*1.4=3.64m 满足最低要求,宽度B= 3.808m,同样满足要求. 尾水管长度指机组中心线至尾水管出口断面的距离. L=(3.5~4.5)D 1 这里取4 则L=4*1.4=5.6m。
蜗壳断面设计
第五章反击式水轮机的基本结构第三节：反击式水轮机的引水室一、简介一般混流式水轮机的引水室和压力水管联接部分还装有阀门，小型水轮机为闸阀或球阀，大型多为碟阀。
阀的作用式在停机时止水，机组检修时或机组紧急事故时导叶又不能关闭时使用，绝不能用来调节流量水轮机引水室的作用：1.保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。
2.水流进入导水机构签应具有一定的旋转（环量），以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。
二、引水室引水室的应用范围1.开敞式引水室2.罐式引水室3.蜗壳式引水室混凝土蜗壳一般用于水头在40M以下的机组。
由于混凝土结构不能承受过大水压力，故在40M以上采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳蜗壳自鼻端至入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角蜗壳包角图金属蜗壳的包角340度到350度三、金属蜗壳和混凝土蜗壳的形状及参数1.蜗壳的型式水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳当水头小于40M时采用钢筋混凝土浇制的蜗壳，简称混凝土蜗壳；一般用于大、中型低水头水电站。
当水头大于40M时，由于混凝土不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为金属蜗壳。
蜗壳应力分布图椭圆断面应力分析图金属蜗壳按制造方法有焊接铸焊和铸造三种。
，尺寸较大的中、低水头混流一般采用钢板焊接，其中铸造和铸焊适用于尺寸不大的高水头混流水轮机2.蜗壳的断面形状金属蜗壳的断面常作成圆形，以改善其受力条件，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相接时，采用椭圆断面。
金属蜗壳与有蝶形边座环的连接图金属蜗壳的断面形状图混凝土蜗壳的断面常做成梯形，以便于施工和减小其径向尺寸、降低厂房的土建投资混凝土蜗壳断面形状图当蜗壳的进口断面的形状确定后，其中间断面形状可由各断面的顶角点的变化规律来决定，有直线变化和向内弯曲的抛物线变化规律混凝土蜗壳的断面变化规律3.蜗壳的包角对于金属蜗壳，其过流量较小，允许的流速较大因此其外形尺寸对厂房造价影响较小，为获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般对于混凝土蜗壳其过流量较大，允许的流量较小，因此其外形尺寸常成为厂房大小的控制尺寸，直接影响厂房的土建投资，一般4.蜗壳的进口流速当蜗壳断面形状及包角确定后，蜗壳进口断面平均流速是决定蜗壳尺寸的主要参数。
风机蜗壳设计原理 -回复
风机蜗壳设计原理-回复这篇文章将探讨风机蜗壳的设计原理。
风机蜗壳是一种主要用于风机系统中的基础组件，它的主要功能是将进入风机的气体流线引导到风机叶轮，从而产生动力。
风机蜗壳的设计原理涉及流体力学、热力学和结构力学等多个领域，下面将一步一步地回答这个问题。
首先，我们需要了解蜗壳是什么以及它的作用。
蜗壳是一个环形结构，位于风机进气口和叶轮之间。
它的内壁具有蜗舌形状的导流面，能够将进入风机的气体流线引导到叶轮，从而提供驱动力。
蜗壳的主要作用是根据流体力学原理，将气体的输送效率最大化。
其次，我们来讨论蜗壳的设计原则。
蜗壳的设计主要依据两个原则：流动优先原则和能量转移原则。
第一、流动优先原则。
这个原则指的是在设计蜗壳时，需要考虑气体在蜗壳内的流动情况。
蜗壳的导流面应该设计成光滑的曲线，这样能够减少流体在流动过程中产生的湍流和阻力损失。
同时，蜗壳的流道应该是均匀、一致的，以保证气体在蜗壳内部的流速和压力分布的稳定性。
为了达到这个目标，在蜗壳的设计过程中通常采用数字仿真或试验来优化流道形状。
第二、能量转移原则。
这个原则指的是蜗壳应该尽可能地将气体的动能转化为机械能。
在进入蜗壳的气体首先遇到的是蜗壳的导向舌部分，导向舌的形状是关键因素之一。
导向舌的主要功能是改变气体的流向和速度，使其与叶轮的运动方向相匹配。
如果导向舌的设计不佳，会导致气体流动过程中的能量损失。
因此，蜗壳的导航舌部分需要通过灵活的设计和优化，以提高能量转移效率。
除了上述两个原则，蜗壳的设计还需要考虑结构强度和热耐受力。
由于风机运行时会有较大的气体压力和温度变化，蜗壳需要具备足够的强度和耐热性能，以确保其在长时间运行中的可靠性和稳定性。
最后，我们来讨论蜗壳的设计过程。
在实际的设计过程中，工程师通常会利用计算机辅助设计软件和数值仿真方法来进行蜗壳的设计和分析。
他们会根据实际工作条件和性能要求，确定蜗壳的尺寸、导流面曲线和导向舌的结构。
然后，利用数值仿真方法对蜗壳的流动特性进行模拟和优化，以达到最佳的性能。
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周向平均速度法
周向平均速度法
周向平均速度法
• 确定蜗壳最大截面积，应设蜗壳的流量较计算值 略大10%，根据连续性方程：
• 最后根据公式
计算出各个截面的面积大小
等环量法
• 流经第i断面的流量过微元面积的流量为： ，K为速度矩常数，则：
等环量法
• 采用不同的蜗壳截面形状是，必须找出b和r的函数关系。 • 在实际设计计算中，通常就是先假设一个蜗壳的截面形状，求出b=b(r)的关系
带入下式中
• 将某一个已确定的R值带入，就可求出一个对应的ϕ值。如此变更不同的R值， 得到相应的不同ϕ值；将一系列ϕ值与它对应的R值制成表格或曲线关系后， 再反过来由表格或曲线用插值法求出各所需指定整数ϕ值角度处对应的R值。
参考文献
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离心式压气机蜗壳设计方 法的理论分析与研究
概述
• 传统的蜗壳设计方法主要有两种：
一种是基于蜗壳内速度为常值假设的周向平均速度法。 Vu=const
通过这一方法设计出来的蜗壳型线为一条阿基米德螺旋线。
一种是基于等环量法或者称为等速度矩法假设设计出来的 蜗壳。 VuR=const
通过这一方法设计出来的蜗壳型线为一条对数螺旋线。
• [4]王延生.车辆发动机废气涡轮增压. • [5]朱大鑫.涡轮增压与涡轮增压器.
• [2] 齐学义,赵强,马惠萍等.全蜗壳的非圆形断面水力设计及其CFD分析验证[J]. 兰州理工大学学报,2009,35(2):41-45.DOI:10.3969/j.issn.1673-5196.2009.02.011.
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