双流道泵优化水力设计

研究了双流道泵的优化设计方法，采用单目标方法和损失极值法建立了目标函数，同时考虑了叶轮和蜗壳的主要参数对泵效率的影响，并依此提出了优化设计的设计变量，分析给出了其边界约束条件和性能约束条件。几个优化设计的双流道泵实例表明本文所述的方法是有效的。     

双流道叶轮水力设计CAD中流道参数的确定

在大量试验研究和设计实践的基础上，给出双流道叶轮计算机辅助设计的方法，并对一些主要参数进行了统计分析。给出了叶轮轴面图前、后盖板圆弧半径R1、R2与比转数ns及叶轮进、出口直径Df、D2的关系。提出了新的平面图流道中线主程及流道截面面积变化规律。     

双流道泵叶轮参数化三维造型

阐述了双流道泵叶轮的结构和性能特点,指出了双流道泵参数化三维造型的意义和现状。应用PCAD2004设计了双流道泵二维水力设计图并详细分析了双流道泵叶轮的空间三维结构特点,在此基础上给出了用Pro/E进行无堵塞双流道泵叶轮三维造型的方法和过程。应用VC++6.0在Pro/TOOLKIT环境下对Pro/E进行二次开发,通过修改双流道泵三维实体模板几何特征,成功开发出了实用的双流道泵叶轮参数化三维造型程序。采用动态链接库方法实现双流道泵参数化三维造型程序与Pro/E和MFC之间的数据接口。实例应用表明该程序运行结果良好,可以满足工程应用的要求,具有推广应用价值。     

变宽双流道叶轮的水力设计方法及CAD软件

较为详尽地介绍了变宽双流道叶轮设计参数的确定,轴面投影图及平面图的绘型方法,并 可在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５以上系统下运行的该ＣＡＤ应用软件。     

双流道泵叶轮内贴体网格生成与CFD分析

以贴体网格的微分方程生成法为基础,采用Thompson和Sorenson的思想,以指数函数作内插传递,根据网格正交性和间距的要求构造源函数,然后通过求解带源项的Laplace方程,实现了双流道泵叶轮内三维贴体网格的自动生成,并对该叶轮在设计工况下的内部流动进行了数值模拟．结果表明：用该法生成的网格品质良好,能有效提高叶轮内部流动数值计算的前处理环节的效率和精度;网格疏密度可人为控制,且网格线与边界正交,便于湍流壁面条件的引入;编写的网格生成程序通用性强,经改进也可用于其他非规则几何形状流道网格的自动生成．     

双流道泵叶轮切割定律方程的建立与试验

为了找出适用于双流道泵叶轮的切割定律,选用比转数为77和122的两种双流道泵,分别对其叶轮进行了5次切割,并进行了泵外特性试验。通过分析双流道泵在最优工况及关死点工况下性能参数与叶轮直径的变化规律,确定了相应的切割指数取值范围,最终建立了双流道泵叶轮的切割定律指数方程。研究结果表明,双流道泵的流量、扬程、轴功率和效率随叶轮直径的减小而降低,但随叶轮切割百分比的增加,最优工况性能参数的变化规律及下降幅度并不相同,关死点扬程和轴功率随叶轮直径的减小下降明显;双流道泵关死工况点的切割指数可以近似认为与比转数的变化无关;最优工况和一般工况点的流量切割指数随比转数的变化较明显。建立的双流道泵叶轮切割定律预测值与试验值吻合性好。     

双流道泵水力设计研究现状及发展方向

双流道泵水力设计的主要目标就是根据给定的参数(流量、扬程、转速等),使所设计的泵具有最高的效率、必要的汽蚀余量和良好的无堵塞性能,并使泵的外特性符合预先给定的要求。为此,分析了双流道泵水力设计的研究现状,讨论了双流道泵相似换算法、速度系数法、优化设计及计算机辅助设计等水力设计方法,并分析了各自的优缺点,提出了双流道泵水力设计的发展方向。     

双流道叶轮内湍流的三维数值模拟

对双流道泵叶轮内三维不可压湍流流动进行了数值模拟。计算采用了雷诺时均N-S方程和修正了的k-ε湍流模型，计算在体贴坐标系和交错网格中进行并采用了SIMPLE-C算法。计算结果揭示了双流道泵叶轮内湍流流动的压力分布和速度分布规律。研究结果可以用来对双流道泵进行性能预测并为双流道泵的优化设计创造了条件。     

双流道叶轮设计方法研究

双流道叶轮设计采用变宽流道设计法，容易造成高效区向大流量偏移设计点效率偏低，因此需要对流道面积进行控制。对现有文献中双流道叶轮设计方法进行了补充，较为详尽地介绍了流道面积、流道中线分点以及平面流道中线的确定方法。为双流道叶轮设计提供了参考。     

双流道泵蜗壳多目标多学科设计优化

为实现同时提高双流道泵水力性能和结构性能的研究目标,采用均匀试验设计、高精度流固耦合计算、人工神经网络建模以及多目标遗传寻优相结合的方法,选取蜗壳的进口直径、进口宽度、隔舌安放角和扩散段长度为优化变量,利用均匀试验设计方法设计了50组试验,通过流固耦合计算方法得到双流道泵设计工况点的效率以及蜗壳段的最大应力,并以此为优化目标,通过BP人工神经网络训练建立近似函数,设计了离心泵专用的多目标多学科遗传寻优策略对目标函数进行寻优,得到了蜗壳几何参数组合的Pareto前沿。结果表明:相对于原始方案,优化方案的扩压效果明显改善,并且减少了隔舌处及扩散段的回流现象;优化方案的效率得到提升;优化方案的最大应力和最大应力点的平均振动速度显著降低。     

基于变环量设计的混流泵叶轮多工况优化

由于外部运行条件频繁变化,混流泵常于非设计工况运行,导致其运行效率偏低。针对混流泵开展多工况优化以扩大其高效区范围具有重要意义。采用环量法,以轮毂及轮缘处流线方向环量的偏导数(载荷)、叶轮出口处翼展方向环量控制参数以及叶片尾缘倾角为设计参数,以设计点扬程为约束条件,以0.8、1.2倍设计点处效率为优化目标,结合实验设计、近似模型和优化算法对一导叶式混流泵叶轮进行变环量优化与分析。研究结果表明：变环量设计在混流泵叶轮的多工况优化中是有效的;轮毂处流线方向前加载,轮缘处流线方向后加载,叶轮出口处环量从轮毂到轮缘递增分布均有利于混流泵性能的提升;优化后混流泵模型在0.8、1.0、1.2倍设计流量处泵段效率分别为81.11%、88.38%和80.56%,在设计流量处扬程为12.33 m,相比于原始模型,效率分别提升0.63、3.18、6.72个百分点,而扬程变化小于2%。因此,所提出的基于变环量设计的混流泵叶轮多工况优化方法是有效的,可以为同类型叶轮机械的设计优化提供参考。     

切割叶轮对离心泵性能影响的数值模拟分析

基于CFD 计算软件Fluent ,对某低比转速离心泵在切割叶轮前后的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟。根据数值模拟的结果,预测了切割叶轮后离心泵的性能曲线,并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响。分析表明：随着叶轮外径的减小,泵的扬程和轴功率都有所下降;效率在切割量较小时有所上升,随着外径的减小而下降。利用模拟结果得到的切割指数与已有的切割定律有所不同。叶轮外径变化后,叶轮进口处的静压分布基本未变,叶轮出口处及蜗壳内的压力分布出现了变化。     

高效率离心泵水力设计及BVF诊断

引入边界涡量流(BVF)理论对叶片进行诊断,探究叶片表面BVF分布与水力性能的关系,为将来改进设计提供诊断依据.选用IS150-125-250型离心泵(参考离心泵)基本参数,基于速度系数法和二元理论自编程序,设计出新的离心泵叶轮.与参考叶轮相比,新设计的叶轮进口端空间弯扭特征明显.采用RANS控制方程组和标准k-ε湍流模型对设计离心泵和参考离心泵全流道内流场进行数值模拟,对比分析两者含设计工况点在内的13个工况点的水力性能.同时根据设计离心泵和参考离心泵叶轮内流场计算结果,基于BVF诊断方法,对两叶轮叶片压力面和吸力面BVF分布进行对比分析.结果表明:相比参考离心泵,设计离心泵在小流量工况下扬程和效率较高,最高效率可提高5.3％.参考离心泵叶片表面BVF峰值较大,而设计离心泵叶片表面BVF分布更均匀,变化也更平坦,说明设计离心泵叶轮能更有效地抑制流动分离等不良流动的发生,改善了离心泵的水力性能.     

混流泵叶轮反问题设计与水力性能优化

基于三维反问题设计方法,结合CFD数值模拟,以混流泵叶片载荷分布参数为设计变量,以水力效率为优化目标,采用正交试验方法和响应面函数法建立设计变量与目标函数的关系,对混流泵进一步优化。分析了不同设计变量对目标函数的影响,发现叶轮轮盘进口处载荷对泵的水力效率影响最明显。通过数值模拟对比基准叶轮与优化叶轮性能,优化后的混流泵模型最优工况下的水力效率提高3.2%,且水泵扬程基本保持不变,优化体系具有良好的工程应用价值。     

用转轮内三元流动计算对泵叶轮进行改型设计

在有厚翼栅奇点解法的基础上，利用一种考虑叶片厚度影响的叶片式水力机械转轮内准三元流动新的分析方法、准确计算了泵叶轮叶片表面上的速度与压力变化分布规律，获得了许多水力性能评估参数；通过评价这些参数，对叶片型线进行了修改，获得了比较满意的结果。为叶轮的改型设计提供了一条较有价值的新途径。     

离心泵叶轮内部流场CFD分析

叶轮是离心泵中做功的主要部件，叶轮内的流动相当复杂．为三维、非定常、不可压缩粘性流动，叶轮内流体的流动状态直接影响离心泵的性能。为了进一步探索泵叶轮内部三维流场的其他参数。为泵的设计提供理论依据，以有限元法为依据，对离心泵叶轮内部流场的速度、压力进行CFD分析，初步得出了叶轮内部流场主要特征和分布规律。     

交错叶轮双吸离心泵空化特性研究

为了探究交错叶轮双吸离心泵的空化性能,结合Rayleigh-Plesset空化模型和RNGk-ε湍流模型,对一叶轮两侧叶片进行交错布置结构的双吸离心泵内部空化流动进行了数值模拟,分析了空化对泵内压强分布的影响,绘制了空化特性曲线,并分析了不同工况下叶轮所受径向力,同时研究了空化对叶轮叶片空泡体积分数及泵内湍动能分布的影响。结果表明,交错叶轮双吸离心泵空化特性同常规离心泵空化特性具有一致性,空化对叶轮所受径向力大小以及湍动能分布都有较大影响。