混流泵叶轮流场计算与性能试验

综合应用速度系数法和相似换算法设计了混流泵叶轮,在Pro/E平台上采用双三次Bezier曲面实现扭曲叶片造型,运用Gambit软件为叶轮内流道划分网格和定义边界;基于雷诺时均方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,采用Fluent软件模拟了设计工况下的叶轮内部三维流场,得到了流速分布和压力分布图,并分析了它们的分布规律;在清水试验台上进行了性能测试,结果表明所设计的混流泵满足设计要求.     

基于MDT和ADSRX的犁体曲面造型研究

以犁体曲面十二参数法为设计原则,利用以ＡｕｔｏＣＡＤ Ｒ１４为平台的三维机械设计造型软件ＭＤＴ３．０和ＡＤＳＲＸ编程环境,设计了犁体曲面的参数化造型软件。该软件集参数选取、设计、造型、视图生成、样板曲线生成为一体,可以对多种犁体曲面进行造型,大大减轻了交互设计时的工作量,并可以在制造之前观察到犁体形状,便于修改潜在的错误,保证曲面的光顺性。     

离心泵叶轮的参数化设计

针对传统离心泵叶轮设计步骤繁琐的不足,提出了采用4次Bezier曲线来设计叶轮的轴面流线及叶片型线的方法.详细介绍了轴面流线和叶片型线的控制方法,使其和传统的离心泵设计理论结合起来.将椭圆型偏微分方程应用于叶轮轴面的离散以及叶片空间曲面的生成,并将叶片的空间曲面造型问题转换成偏微分方程的边值问题,控制边界条件即达到对叶片的控制.数值求解边值问题的解,即可得到泵叶片的数值模型,然后再将叶片的数据导入造型软件并生成叶轮的实体造型,实现了离心叶轮的参数化设计.实例计算结果表明,提出的理论和方法是有效的,能够实现叶轮的快速高效设计.     

液力变矩器导轮叶片曲面构造及其外特性仿真

为实现液力变矩器导轮叶片曲面的高精度构造,提出了一种精度可以调节的叶片曲面拟合算法。应用三坐标测量机获得叶片表面的数据,应用插值型二阶混合有理Bézier曲面拟合其表面。根据叶片的前后表面和侧面间拼接时具有共同边界和在边界上一阶导数连续等边界条件,实现两曲面的光滑连接。采用混合平面理论对由该算法构造的导轮装配的液力变矩器进行外特性仿真。结果表明,该叶片曲面构造算法可以通过调节权因子实现拟合精度的调节,从而可以调节液力变矩器外特性与理论值趋同,可以作为液力变矩器导轮叶片设计的新方法。     

Loop细分技术在犁体曲面造型中的应用

阐述了细分方法的基本思想以及基于三角网格的Loop细分模式的原理和方法；提出了在相关几何造型、有限元分析和动态仿真软件配合下，基于OpenGL环境或CAD二次开发环境的复杂犁体曲面造型的细分方案；对犁体曲面的控制网格生成、边界限定等关键技术进行了讨论。利用该方法可以有效缩短复杂犁体曲面的造型、计算和分析时间。     

四次带参广义Bézier曲面构造与光滑拼接技术

基于一组带参数的四次广义Bernstein基函数,构造了一种带多形状参数λ、γi的四次广义Bézier曲面,该曲面不仅保留了传统Bézier曲面的性质,而且具有优良的形状可调性,同时还以四次Bézier曲面为其特殊情形;其次,详细分析了该曲面的一些基本性质,以及讨论了该曲面的一些特殊退化曲面的构造;最后,为了解决造型设计中复杂曲面难以用单一曲面表示的问题,进一步研究了该曲面的拼接技术,推导了两相邻四次带参广义Bézier曲面片间G1和G2光滑拼接的几何条件,并给出了具体的拼接步骤与几何造型实例。实例结果表明,所提方法不仅简单有效且易实现,可应用于工程复杂曲面的构造与外形设计中。     

CATIA在拖拉机车身曲面设计中的应用研究

从拖拉机车身外形图片及车身造型结构设计图纸入手,通过运用辅助造型软件CATIA的模块,提出了一种拖拉机车身曲面设计的方法。利用CATIAV5中的Wireframe and Surface Design,Freestyle和Sketch Tracer模块作为构建拖拉机车身三维几何模型的基础而利用CATIA强大的曲面造型能力对拖拉机车身曲面分块重新设计,对车身曲面设计过程中涉及的关键技术进行了分析,提出了一种可行性的方案。     

基于Pro/E Wildfire的水泵叶轮精确建模

基于传统的叶片加工方式，从现有的二维水力木模图的型值点出发，基于Pro／E Wildfire软件，采用从点到线、从线到曲面、再从曲面到实体的方法，实现了泵叶轮空间扭曲叶片和圆柱形叶片的三维实体造型，利用制造模具的常用方法实现了泵叶轮和流道的造型，造型方法精确，为后续的流场数值模拟和数控加工奠定了基础。     

基于偏微分方程的离心泵叶片反设计方

为实现离心泵叶片的参数化优化设计,将微分方程分别应用于叶轮的轴面设计及叶片空间曲面的生成,首先用4次Bezier曲线控制叶轮轴面,用偏微分方程方法生成轴面流线及准正交线,其次用偏微分方程的方法来生成离心泵叶片空间曲面,根据叶片型线方程,利用控制叶片安放角的分布规律来控制叶片边界上点的圆周角坐标,从而控制微分方程的边界条件,最后达到控制叶片形状的目的.实现了叶片的参数化设计.采用梯度优化的方法将正问题的计算结果用于反问题中对叶片型线的更新,实现了泵叶片的优化设计.应用实例表明提出的离心泵叶片反设计方法是可行的.     

大型导叶式混流泵叶片的数控加工工艺

根据大型导叶式混流泵叶片的结构特点，应用数控加工技术，确定了三轴和五轴混合加工的工艺方案，讨论了UG软件在进行叶片五轴加工时自动编程、计算机切削仿真及后置处理等的关键技术应用，解决了加工过程中的碰撞问题，实现了国产数控加工设备与国际先进软件的成功对接，提高了加工效率，降低了生产成本．提高了我国大型导叶式混流泵产品的国际竞争力，也提高了产品制造企业的经济效益．     

基于模糊多准则算法的收割机搅龙叶片机械加工研究

搅龙叶片属于复杂的曲面机械零部件,其机械加工是一个复杂多元素作用的复合过程。为了提高搅龙叶片机械加工的精度,提出了一种基于CAD和PRO/E软件的叶片加工走刀轨迹的仿真优化方法。该方法利用CAD提取搅龙叶片型面的关键点。在搅龙叶片型面数据点提取的过程中,会产生大量的加工控制点,为了对控制点进行优化筛选,提出了一种模糊多准则算法,实现了叶片的机械加工决策和优化由经验型向理论指导型的转变。在PRO/E软件中,对提取得到的关键点进行了建模,得到了叶片的型面,将型面进行合并得到了搅龙叶片的曲面实体,最后对实体进行走刀轨迹仿真,得到了搅龙叶片的机械加工精度,并将模糊多准则算法和非模糊多准则算法控制下的机械加工精度进行了对比。对比结果表明:模糊多准则算法可以有效地提高收割机搅龙叶片的机械加工精度。     

基于控制点插值的扭曲叶片顶端磨损曲面延拓算法

针对扭曲叶片顶端磨损区域的曲面精密修复问题，提出一种扭曲叶片顶端磨损域曲面延拓算法。     

基于数值模拟的水田刀片切泥制浆功率损耗分析

针对水稻稀泥育秧制浆机刀片切割泥浆过程中的功率损耗问题,运用Box-Benhnken design(BBD)中心组合方法对水田刀片参数进行了试验研究。根据折弯角、折弯高度、副刀角度3因素进行正交试验设计,建立3维响应面模型,分析了各因素对功率损耗的影响;同时采用数值模拟对水田刀片切割泥浆的作业过程进行仿真,并与泥浆槽实验结果对比分析。研究结果表明:①功率损耗影响显著性顺序为折弯高度>折弯角>副刀角度,其对功率损耗的贡献率分别为2.35、2.26、1.46;②在研究范围内,折弯角越大、折弯高度越小、副刀角度越小,越能够节省功率损耗;③泥浆槽试验与计算流体动力学商用软件模拟的均值误差为7.44%。     

叶片进口边位置对单叶片离心泵性能的影响

为研究叶片进口边位置对单叶片离心泵性能和内部流动特性的影响,设计了6种不同叶片进口边位置的叶轮.在完成数值计算方法可靠性的试验验证后,分别对采用6种叶轮的泵进行了全流场定常数值计算.计算结果表明:叶片进口边沿前盖板或后盖板向泵入口适当延伸,可增强叶片对流体的控制能力和叶片的做功能力,扬程最大可分别提高1.61 m和0.70 m,效率最大可分别提高5.23%和2.01%;叶片进口边向泵入口延伸过多,会造成叶片入口处流体堵塞,某些工况下泵的扬程和效率反而会降低;叶片进口边沿前盖板或后盖板向泵入口延伸,可降低流体在叶片入口处的能量损失,能够提高叶片吸力面入口处的压力,和减小蜗壳内的低速区域,但是会增大叶片入口处、叶片压力面前端和叶片吸力面附近的低速区域.与叶片进口边沿后盖板向泵入口延伸相比,叶片进口边沿前盖板向泵入口延伸对泵的扬程和效率影响更明显.     

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明：该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.     

叶片形状对倒伞曝气机性能的影响

为了探究直叶片和倾斜叶片对倒伞曝气机性能的影响,获得不同叶片形状倒伞曝气机驱动下氧化沟的流场特性,以1个符合几何相似、运动相似和动力相似理论的缩比双倒伞曝气机驱动下的氧化沟模型为研究对象,采用VOF自由液面模型与标准k-ε湍流模型相结合的方法,对不同叶片形状的倒伞曝气机驱动下的氧化沟内部流动进行了三维数值模拟.结果表明,2类倒伞曝气机消耗的功率相近,叶片形状的不同影响着倒伞曝气机的充氧能力和推流能力:直叶片倒伞曝气机驱动下,氧化沟过轴截面的气相体积分数较倾斜叶片大0.66%;直叶片倒伞曝气机对表层水域的推动能力较强,而倾斜叶片倒伞曝气机则对底层流体有较强的推动能力,沟底死水区相较于直叶片倒伞曝气机减小0.70%,且倒伞曝气机附近的流体能以较快的速度流向壁面;在双倒伞曝气机驱动下,氧化沟内的流动呈对称分布,下游倒伞曝气机能够明显提升和加速来流速度.     

Robust optimization design on impeller of mixed-flow pump

To increase the robustness of the optimization solutions of the mixed-flow pump,the impeller was firstly indirectly parameterized based on the 2 D blade design theory. Secondly,the robustness of the optimization solution was mathematically defined,and then calculated by Monte Carlo sampling method. Thirdly,the optimization on the mixed-flow pump' s impeller was decomposed into the optimal and robust sub-optimization problems,to maximize the pump head and efficiency and minimize the fluctuation degree of them under varying working conditions at the same time. Fourthly,using response surface model,a surrogate model was established between the optimization objectives and control variables of the shape of the impeller. Finally,based on a multi-objective genetic optimization algorithm,a two-loop iterative optimization process was designed to find the optimal solution with good robustness. Comparing the original and optimized pump,it is found that the internal flow field of the optimized pump has been improved under various operating conditions,the hydraulic performance has been improved consequently,and the range of high efficient zone has also been widened. Besides,with the changing of working conditions,the change trend of the hydraulic performance of the optimized pump becomes gentler,the flow field distribution is more uniform,and the influence degree of the variation of working conditions decreases,and the operating stability of the pump is improved. It is concluded that the robust optimization method proposed in this paper is a reasonable way to optimize the mixed-flow pump,and provides references for optimization problems of other fluid machinery.     

基于放样法的NURBS自由曲面设计

在逆向工程中出现了各种不同的参数曲面描述方法，但是在自由曲面设计过程中．最初的型线只是曲面截面的初步构想，而且轮廓也很粗糙。如何使二维平面的型线描述上升到三维物理空间的曲面构造，是需要解决的问题。为此，给出了用NURBS截面曲线构造自由曲面的放样法，重点研究了在放样法中截面曲线的生成方法．该方法适合于平面脊线同时有多条截面线的自由曲面生成。     

大树移栽机曲面挖铲的有限元设计

根据用于长江中下游丘陵地区的大树移栽机的功能需求,设计了大树移栽机的曲面挖铲结构.分析了挖铲在挖掘大树土球过程中的受力情况,确定其危险工况,利用有限元法对挖铲进行应力和变形分析.仿真结果表明,在危险工况下,最大应力发生在挖铲架焊接处,最大变形位于挖铲两侧刀刃和铲尖处,而挖铲在挖掘土球至最深位置工况时的总体应力和变形都大...     

水田驱动叶轮仿生叶片机理数值模拟分析

根据水牛蹄独有的几何外形适于水田等松软地面行走和行走阻力低的特性,运用逆向工程技术提取仿生信息,并设计水田叶轮仿生叶片.通过数值模拟的方法研究仿生叶片性能改善的机理,以进一步指导叶轮的设计.仿生叶片与平面单叶片轮叶的计算机模拟对比分析表明,仿生叶片提高推进力的机理主要为:有效延缓叶片表面流体速度突变造成的流体介质冲击与分离,减小分离流对叶片的撞击阻力,提高叶轮驱动力;仿生叶片可增加叶片驱动扭矩,使叶轮驱动力增加.