遗传算法在离心泵优化设计中的应用

介绍和探讨了离心泵的遗传算法优化设计方法;首次采用遗传算法,对低比转速离心泵参数的优化设计方法进行了研究,建立了中低比转速离心泵叶轮参数优化设计的数学模型,将多目标优化设计转化为单目标优化设计问题．对一台低比转速离心泵的叶轮进行了优化设计,经过多次选择、交叉和变异等遗传操作和大量计算,得出了参数优化设计结果,并与传统方法设计的泵作了比较．结果表明,采用遗传算法优化设计的叶轮,其泵效率有所提高,并消除了扬程曲线的驼峰现象;与传统设计方法相比,遗传算法优化设计具有思想简单、易于实现、应用效果显著等优点,因此更合理、更严谨．     

CFD技术在离心泵优化设计中的应用

随着CFD(计算流体力学)的迅速发展,CFD技术已经被广泛地应用于各类流体机械的设计与优化中。将CFD技术应用于离心泵叶轮优化设计中,以叶轮两叶片间的流场作为研究对象,采用非结构化网格进行网格划分;采用基于时均Navier-Stokes方程和标准k-ε紊流模型对得到的离心泵进行流场计算,并根据计算结果,对离心泵内部流场进行了分析;提出了修改叶轮进口安放角和叶片形状的方法进行优化改型。通过对修改后的叶轮流场进行计算,可以看到叶轮内部流场和流速分布都得到了改善,证明优化后的叶轮形状更符合流动特性。结合实例证明了该方法在离心泵叶轮优化设计中的有效性。     

基于遗传算法的离心泵叶轮参数化造型及优化设计

根据流面流动理论,通过坐标变换实现离心泵叶轮子午面及叶片结构的参数化造型.采用自适应策略等技术对遗传算法的遗传操作进行改进以提高算法搜索效率,并设计了多目标决策的适应值函数.采用CFD软件NUMECA对叶轮及压水室等主要过流部件内部流动进行三维定常计算,从而预测离心泵的水力性能.编写FORTRAN程序实现参数化、搜索算法及性能预测3部分的联合,开发出一种离心泵叶轮造型的自动优化方法.以离心泵的2个外特性参数效率和扬程作为优化目标,应用该方法对Dn1000型潜油泵及IS80-65-125型清水泵的叶轮结构进行多目标优化.优化后两泵的水力性能有了明显提高,在设计工况下扬程分别提高了0.21 m和1.70 m,效率分别提高了1.9%和2.3%.     

遗传算法在渡槽优化设计中的应用

针对工程优化中的多变量、复杂非线性约束条件问题,将传统优化方法中的惩罚函数思想与遗传算法相结合,提出了一种更为高效的优化算法,并对某渡槽结构进行优化,得到令人满意的优化结果。研究表明,本优化方法能根据不同的优化指标、计算精度搜索到最佳结果,具有很好的全局搜索性能。该研究为渡槽结构的合理设计提供了一种有效的工具,对其它类似工程的设计也有重要的参考价值。     

离心泵的优化设计

在射流－尾迹模型方法和性能预测的基础上，建立了以效率为目标函数、以叶轮的主要几何尺寸和叶片安放角为约束条件的离心泵水力设计优化模型。此方法所需计算机内存小、计算时间少，可在微机上运行。     

环氧树脂胶在离心泵叶轮靠模和叶片制造中的应用

着重阐述了用环氧树脂胶制作叶轮靠模和叶片的方法和步骤。     

离心泵叶轮参数的优化设计

以叶轮圆盘摩察损失和压水室内水力损失之和有极小值为追求目标，在对设计变量合理约束的条件下，寻求最优的Ｄ２，ｂ２，β２和ｚｏ该方法使泵设计工况有较高的效率。     

基于遗传算法的离心泵叶片水力性能优化

建立了一种基于遗传算法的离心泵叶片型线水力性能优化方法.区别于传统优化方法,此方法通过CFD技术求解离心泵叶片的水力性能,以离心泵水力效率及理论扬程作为优化目标进行多目标优化.包含3个主要步骤: 基于蒙面法和三次B样条曲线的三维叶片型线参数化;基于NUMECA商用软件的计算域网格划分及流场求解;基于多目标遗传算法的全局优化.应用此方法对某单级单吸蜗壳离心泵水力性能进行了多目标优化,优化结果表明离心泵水力效率及理论扬程分别提高了0.35%和0.944%.     

不同比转数前伸式双叶片离心泵内部流动规律研究

采用k-ε模型、SST模型和DES模型分别对比转数为70的前伸式双叶片离心泵进行非定常数值计算,获得不同流量工况下(Q/Qd分别为0.6、1.0、1.6)叶轮内部流场的相对速度分布,将不同湍流模型的内部流动模拟结果与PIV试验结果进行对比分析,发现基于k-ε模型的模拟结果与PIV试验测量结果较为吻合。采用k-ε模型对比转数为157的前伸式双叶片离心泵进行非定常数值模拟,研究发现叶轮内部流动规律与比转数为70的离心泵叶轮内部流动规律具有相似性:在流道中部靠近叶片工作面上存在低速区及与叶轮旋转方向相反的轴向旋涡,随着流量的增大,低速区与轴向旋涡逐渐减小;引入少叶片数离心泵内部流动理论,揭示了低速区和轴向旋涡存在和发展的内在机理。     

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.     

多工况高效无过载低比转数离心泵设计优化

为满足低比转数离心泵对多工况点效率和无过载特性要求,针对模型泵TS65-40-160,基于无过载理论进行设计优化,通过CFD分析内部流动分布规律,并采用快速成型模型试验进行对比分析。经过多方案改进得到较优方案2,该方案扬程在关死点、设计点以及最大流量点均高于设计要求;最高机组效率提高了14%,功率特性曲线出现了无过载趋势,在最大要求流量点48 m3/h处输入功率却未增大,且泵效率达到国家标准要求。经多方案CFD模拟和试验数据对比,证明模拟精度可满足模型优选要求。     

离心泵虚拟设计系统的开发及实现

介绍一种离心泵虚拟设计系统的开发方法。在该系统控制下，可进行离心水泵初步设计，完成整体水泵的计算机三维造型，输出水泵部件的零件图，并可对设计参数进行交互修改。     

某型加油泵性能优化

针对由冲压涡轮和离心式加油泵共同组成的某型航空加油动力系统,在保持RAT不变的前提下,利用水力设计技术优化加油泵的性能,提高系统动力输出.采用CFD方法对原加油泵叶片进行优化设计,得到优化后的叶轮模型,并进行全流道三维数值模拟,经过反复迭代得到最终优化设计方案;根据优化设计结果生产试件,并进行试验验证.加油泵叶片优化前后的试验和模拟结果对比表明,经过理论设计—仿真计算—理论设计循环优化后的产品,其性能明显优于原型产品;通过内部流动分析发现,优化后的叶轮流道内横向旋涡尺度明显变小,旋涡强度减弱;优化后加油泵较原型泵模型效率增加8％,增压能力提高10％.研究结果增加了系统运行的可靠性,解决了系统匹配的问题,为航空燃油泵的优化设计提供了参考.     

离心泵叶轮内部湍流动能及耗散率分析

本研究基于雷诺时均N-S方程,采用k～ε湍流模型,对标准离心泵叶轮内部湍流进行了数值模拟。采用质量加权平均湍流动能及湍流耗散率的方法,分析发现湍流动能和湍流耗散率沿半径的分布有十分相似的规律;除0.6Qd设计工况,湍流动能和湍流耗散率分布呈现出先增加,随后减小,最后增加的现象;0.6Qd设计工况下,湍流动能和湍流耗散率最大,流体能量损失最为严重,因此从效率方面考虑,应避免泵在小流量工况下运行。     

基于遗传算法的离心泵多目标优化

建立了以离心泵效率最大、汽蚀余量最小和曲线无驼峰的多目标函数优化的数学模型,并利用Matlab遗传算法工具箱进行优化计算,取得了很好的结果.相比于传统的优化方法,Matlab的遗传算法工具箱能使求解过程简化和得到全局最优解,并且省去编程的时间,为多目标优化提供了一种新思路,具有广阔的应用前景.     

离心泵全流场计算域三维造型方法

建立能够准确描述所研究问题的计算域是CFD数值计算顺利进行的基础,且计算城的光顺程度还会影响网格划分的难易及网格生成的质量.借助Pro/E Wildfire 5.0三维造型软件,采用不同的造型方法对离心泵全流场计算域的各过流部件进行三维造型,且在相同的网格类型与间距情况下,对比分析不同造型方法对网格划分难易程度、生成网格的质量以及网格生成效率的影响,确定离心泵叶片、叶轮水体、蜗壳水体及腔体的最优造型方法并分析了不同造型方法出现差异的原因.     

复合叶轮改善双吸式离心泵空化性能研究

针对双吸式离心泵在大流量工况下容易遭到汽蚀破坏,运行可靠性差的问题,采用长短叶片复合叶轮对双吸泵的空化性能进行改善研究。选用SST k—ω湍流模型及Rayleigh—Plesset空化模型,对常规叶轮和复合叶轮双吸泵进行了全流道三维定常数值计算,并与试验结果进行了对比,对叶轮内部流场进行了分析。研究表明,长短叶片复合叶轮能够显著改善双吸泵的空化性能,降低必需空化余量,减小空化区的范围,改善叶片表面压力分布及叶轮内部流动状况,在大流量工况下改善效果更为明显。     

离心泵叶片开槽抑制空化数值模拟

为了进一步提高低比转数离心泵的空化性能,提出在叶片压力面开槽的方法来抑制空化。针对离心泵运行过程中产生空化的流动特点,基于Kubota空化模型,采用SST k-ω模型对在相同工况下的离心泵中两相流动进行数值模拟与分析。模拟结果表明：叶片表面开槽后,离心泵各个工况下的扬程有所上升,在设计点扬程提高12.8%,同时效率提高4.2%。叶片开槽可以有效阻止低压区域向外扩张,改变压力的分布,对离心泵内各个阶段空化均有抑制作用。叶片开槽可以优化流场结构,使流道内的压力增加,减小空泡的体积分数。叶片开槽时离心泵叶轮内空泡体积在空化的各个阶段均小于无槽时叶轮内空泡体积,在空化发展阶段,开槽时空泡体积持续衰减。     

多级离心泵环形吸水室水力设计优化与数值计算

根据某多级离心泵设计要求,按环形吸水室水力设计方法,设计8种几何参数不同的吸水室设计方案。采用Pro/E软件对吸水室进行三维造型,采用非结构化进行四面体网格划分,采用标准k-ε湍流模型进行数值计算。计算结果表明,水力损失随流量的增大而增大,吸水室进口直径D进对吸水室收缩段流态影响显著。小流量时,8种方案的水力损失差别不大,而大流量时,8种方案的水力损失差异较大。在大流量工况,进口直径越大,则水力损失越小;出口直径越小,则水力损失越大,但影响的效果不明显;环形空间采用弧形结构是降低水力损失的一种有效措施。因此,在选择最优设计方案时,应结合水力和结构两方面因素加以综合考虑。     

离心泵混合网格优化算法研究

针对现有离心泵混合网格优化算法,分别对四面体网格和三棱柱网格进行优化,会出现优化质量不高且效率较低的问题,建立一种同时考虑三角形形状和棱柱侧边正交性的三棱柱网格质量优化目标函数,并结合已有四面体网格质量优化目标函数,建立了能够在优化的同时考虑四面体和三棱柱网格质量的目标函数。此外,对比分析了6种不同求最优值方法在迭代次数以及需求精度等因素变化情况下对混合网格优化效果的影响。数值验证结果表明,共轭梯度法和二分法相结合且权重系数取0.2的求最优值方法,其优化效果和效率最好;对比分析本优化算法与某商业软件中的优化算法,最差网格单元质量和整体网格的质量均有所提高,且本算法优化后得到的最差网格单元质量要高于某商业软件。所提算法的优化效果优于已有算法。