基于正交试验的高速井泵优化设计

为了提升高速井泵的水力性能,探讨影响其性能的主次因素,以100QJ10型高速井泵为研究对象,按照L18(37)正交表,选取叶片出口宽度、叶轮出口直径、叶片数等7个因素,每个因素选取3个水平,共设计18组叶轮,并分别与同一个导叶装配.应用CFX 15.0软件对18组模型泵进行全流场数值模拟,利用极差分析法研究影响100Q...     

无过载旋流泵正交设计数值模拟与试验

用正交设计法对旋流泵叶轮参数进行优化设计,设计了一个五因素二水平的正交方案,研究各几何参数对旋流泵性能的影响。采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案。对数值计算得到的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响性能的主次顺序,通过分析与比较得出最优参数组合,即叶轮外径220mm、叶轮出口宽度40mm、叶片出口安放角14°、叶片数4和无叶腔宽度40mm。在模拟基础上,对最优模型样机进行了试验,测试结果表明,在实现无过载的同时,保持了较高的效率,达到了设计目的。     

旋流泵结构参数对泵性能的影响

在旋流泵流场计算及流场测试基础上,就旋流泵的结构参数对泵性能的影响进行了一系列试验研究,总结了以蜗壳无叶腔体积Ｖ０与叶轮体积Ｖ１之比Ｚｖ来设计旋流泵的方法,并由大量试验数据统计得到,当Ｚｖ＝Ｖ０／Ｖ１＝３￣５时可获得较好的水力性能。设计的几种旋流泵的效率比国内处同类产品提高了３％￣５％。     

基于正交试验及CFD的消防泵叶轮优化设计

针对大流量消防泵在使用过程中效率偏低的问题,根据L₁₈(3⁷)正交表,选取Z,β2,φ,d1,b2等7个因素,每个因素取3个水平,设计出18种叶轮模型方案.同时,采用计算流体动力学软件Fluent对18种方案的消防泵内三维定常流动进行数值计算,并对计算结果进行极差分析,研究几何参数对消防泵性能的影响,得到了消防泵几何参数对各性能指标影响的主次顺序,并确定出最终优化模型.结果表明:随着叶片数和叶片包角的增大,消防泵效率得到显著提高,而效率与叶片进口直径呈负相关,即效率随叶片进口直径的增大而减小.同时,对扬程影响最大的因素为叶片数,扬程随叶片数的增大而显著增大,叶片出口安放角对扬程影响很小.对优选消防泵的性能试验结果表明:优选方案在设计工况点较原模型的效率提高了4.5%,满足设计要求,验证了正交设计方法的可行性.     

基于响应面法的旋流泵优化设计

以旋流泵最高效率、高效区范围及在小流量区的扬程-流量曲线稳定性为目标函数,先采用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为3个等级:显著因素、次显著因素和非显著因素;再由中心复合设计和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点.该方法以CFD计算结果为基础,构造旋流泵的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应.对最优设计点的泵进行了试验研究,试验结果与CFD计算值吻合,在设计工况下效率的相对误差为4.89％,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面法可用于旋流泵的优化设计.     

旋流泵泵体的试验研究

旋流泵自问世以来,许多学者对其叶轮进行了实验研究,但对泵体的对比试验研究却很少。本文试验研究了泵体的形状和几何尺寸参数对旋流泵效率的影响,及其影响的主要原因,指出设计旋流泵泵体应注意的事项,从而提高旋流泵设计水平。     

基于正交试验的深井泵优化设计

以深井泵叶片数、出口安放角、出口宽度等7个因素,每个因素取3个水平,按L18(37)正交试验方案,设计了18副叶轮.通过CFD技术对叶轮、导叶在内的两级深井泵的全流场进行了设计工况下的三维数值模拟,获得了18组设计方案的效率、扬程值.通过正交试验法探索了各几何参数对效率、扬程的影响规律,并通过极差分析找到了影响这些性能的主要因素和次要因素,根据优选结果结合内部流场测试及样机试验验证对模型泵提出了进一步优化设计方案.本试验结果对采用叶轮极大扬程设计法的深井泵水力设计具有一定的参考价值.     

旋流泵的性能试验研究

本文主要是通过性能试验.研究了旋流泵性能特点,探讨了旋流泵内部损失等方面的问题.通过不同外径和宽度的叶轮,研究了叶轮的几何尺寸对旋流泵性能的影响及叶轮的切割定理.     

基于正交试验及CFD的多级离心泵叶轮优化设计

以某一典型悬臂式多级离心泵为研究对象,在原模型的基础上,对叶轮进行优化设计以提高水泵的水力性能.选择叶片出口宽度、叶轮出口直径、叶片数、叶片出口角等4个参数为因素,每个因素取3个水平,基于正交试验和数值计算对叶轮进行优化,应用计算流体动力学软件CFX 14.5对多级离心泵内三维定常流动进行数值计算.结果表明:不同工况下,多级离心泵原模型的外特性试验与数值计算结果相吻合,证明了数值预测水泵性能的正确性和可靠性.按照L₉(3⁴)正交表,计算9组叶轮设计方案的额定工况时的扬程和效率,利用极差分析研究几何参数对水泵性能的影响,最终得到优化模型.通过优化模型与原模型的数值计算结果对比,证明其扬程、效率性能得到提高,并从内部流动分析提高的原因,即泵体内部无旋涡和回流,静压梯度大,流动损失小,使得泵水力性能得到提升.     

旋流泵内部流动的研究

通过对旋流泵内部流道进行三维造型，将非结构化网格生成技术应用于旋流泵的内部流场，把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体，对其内部三维不可压湍流场进行数值模拟。基于霄诺时均方程和k-ε双方程湍流模型，利用有限体积法对控制方程进行离散，用交错网格存放变量，然后用SIMPLE算法求解，给出了速度和压力分布图，并对计算结果进行了分析和研究。     

无阀压电泵用椭圆组合管正交优化设计与试验

为了提高无阀压电泵中流管的流阻特性,提出一种新型椭圆组合管结构。该流管为三通结构,汇流管是传统扩散/收缩管,分流管是椭圆曲线结构的扩散/收缩管。通过数值模拟,应用正交方法优化椭圆组合管的结构参数。设计选用的汇流管最小宽度d=150μm,流管深度H=150μm,优化结果表明当进出口压差为50kPa时,结构尺寸为r=75μm,L=3000μm,θ=7°,γ=80°,a=1000μm,b=450μm的椭圆组合管有最高的正反向流阻系数比λ。通过MEMS技术制作出优化后的椭圆组合管并进行试验,并与数值模拟结果对比。结果表明：试验值小于模拟值,压差在10～100kPa范围内,正向流量试验值与模拟值最大相差12.6%,反向流量两者最大相差5.3%;压差为50kPa时,两者的λ值分别为1.83和1.97,相差7.65%。     

M型截面流道对旋涡泵性能的影响分析

为了减少旋涡泵流道内部冲击损失,提升旋涡泵的性能,研究了基于面积不变理论改变旋涡泵流道截面形状的方法。采取流道形状贴合流动状态的策略,改变流道截面形状为M型,利用CFD技术对参考泵和M型截面流道的内部流动进行多工况三维数值模拟分析,对比两者之间的扬程、效率曲线,并分析流道截面的流线图。结果表明,相比矩形流道,M型截面流道在扬程和效率上均有所提升,流道内叶片出口处的乱流有所改善,M型截面流道中液流更加平滑,但是过流面积增加,摩擦损失也随之增大。     

漩涡泵内部不稳定流场数值模拟

为了研究漩涡泵内部流场对其外特性的影响,采用RNGk-ε湍流模型和结构化网格技术对漩涡泵内部非定常流动进行数值模拟计算。结果表明,漩涡泵流道内压力变化呈直线分布;流道内纵向漩涡随流量的增大而减小,径向漩涡周期性地脱离叶片被液流带走且随着时间增加而增大;设计工况下,各监测点处压力脉动变化呈周期性分布,从流道进口到出口压力脉动幅值逐步增大;不同工况下,叶片通过频率是压力脉动的主频,其对应的压力脉动幅值随流量增大而增大。     

基于正交试验的轴流泵优化设计

对轴流泵进行正交试验法优化设计,为了研究叶轮、导叶、喇叭管对轴流泵性能的影响,设计了一个三因素二水平的正交方案。对每个方案进行试验测试,通过分析每个试验方案的性能曲线图,得到了对于各个性能的最优方案,对各个方案的试验数据进行极差分析,得到了轴流泵叶轮、导叶、喇叭管影响性能的主次顺序。通过分析与比较得出最优参数组合,即叶片角度ψ=0°的叶轮,加导流锥的导叶体,进口直径与叶轮直径比值为DL/D0=1.56、高度HL/D0=0.82的喇叭管。试验结果表明,最优组合方案在额定流量点扬程高于设计值6.16%,效率比规定值高出5.07%,轴流泵的高效区较宽,性能达到设计要求。     

基于CFD的轴流泵针对性设计与试验

凌城抽水站各运行工况下的扬程范围变化比较大,在对该泵站轴流泵选型分析时发现,南水北调同台测试中的水力模型能够满足其运行的基本要求,但均有其不合理性:高效区扬程满足设计扬程时,最高扬程缺少安全余量;最高扬程满足时,高效区扬程偏离设计扬程,效率偏低。基于CFD计算对凌城站水力模型进行针对性设计,通过改变叶栅稠密度和翼型安放角,采用多工况优化设计的方法,使得最终设计方案能够满足凌城站的运行要求。然后对水力模型的最终设计方案进行泵段数值模拟研究,数值模拟结果表明该针对性设计的水力模型效率较高,同时兼顾到凌城站最高扬程的要求。最后对针对性设计的水力模型进行泵段试验,试验结果表明基于CFD的轴流泵水力模型的针对性设计是准确的、可靠的,针对凌城站设计的水力模型确实能够更好地满足该泵站的特殊水位要求。同时也说明,对于大型泵站的更新改造,水泵水力模型的针对性设计研究是必要的。     

高性能紧凑型水泵的三元设计方法

基于泵的三元设计理论与数值试验相结合的方法,采用轴流式水泵的外形结构对某高比转数混流泵进行了设计,提出了高性能紧凑型水泵设计方法。首先,基于雷诺时均方法对该高比转数混流泵的性能进行了数值计算和分析,并将计算结果和试验值进行了比较,最大误差在3%以内,验证了数值计算模型的准确性。其次,采用轴流式水泵的外形结构基于泵的三元设计理论对该泵进行了重新设计,运用全三维考虑流体粘性的雷诺时均方法对设计结果进行计算分析与验证,最终的设计结果表明：新设计紧凑型水泵满足所有设计指标,在设计流量下裸泵效率达到了0.927,并且在较宽的流量范围内具有良好的水力性能。对比原混流泵和新设计紧凑型水泵性能,可以发现：新设计紧凑型水泵裸泵效率比原混流泵提高了3%,并且其轴面最大直径比原混流泵减少了38%,说明新设计的水泵能够有效减小泵的尺寸、重量并具有优异的水力性能。     

基于正交设计方法的气缸盖上水孔流量测量技术

采用正交设计方法,通过数值模拟手段,研究了各结构参数及安装参数对测量误差的影响。为把由结构参数及安装参数引起的测量误差控制在设定范围3%内,对模拟结果进行了极差分析,通过多轮极差分析及各因素的水平范围优化,获得了把测量误差控制在3%以内的结构参数和安装参数的允许变化范围,确定了可行的测量装置加工和安装方案。最后,进行了模拟方案的实验验证,验证结果表明,模拟误差与实验误差的偏差为2.07%,验证了数值模拟的可信性,同时也确保了测量技术的准确性。