申请/专利权人：浙江理工大学

申请日：2019-09-26

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN110617238B

主分类号：F04D29/22(20060101)

分类号：F04D29/22(20060101);G06F30/17(20200101);G06F30/23(20200101);G06F30/28(20200101);G06F111/04(20200101);G06F111/10(20200101);G06F113/08(20200101);G06F119/14(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.05#授权;2020.01.21#实质审查的生效;2019.12.27#公开

摘要：本发明涉及离心泵水力优化领域。提出一种离心泵叶轮的优化设计方法，该方法在涡结构和熵产的共同约束下，可以更加精确快速地确定离心泵叶轮的最优工况点，得到对应的叶轮设计参数，使得叶轮的水力性能更好、稳定性更优。技术方案是：一种离心泵叶轮的优化设计方法，其特征在于：按照如下步骤进行：1首先根据设计要求，依据设计经验来具体确定一组需要进行优化的参数；2建模和网格划分；3CFX仿真验证；4涡核结构提取；5熵产分析；6高效点匹配；7采用模拟退火优化算法，对叶轮的设计参数进行优化。

主权项：1.一种离心泵叶轮的优化设计方法，其特征在于：按照如下步骤进行：1首先根据设计要求，依据设计经验来具体确定一组需要进行优化的参数：叶轮进口宽度b1、叶轮出口宽度b2、叶片进口角β1、叶片出口角β2、叶片数z，这一组需要进行优化的参数并在下面给出了约束范围，其它叶轮参数则作为设计常量；所述需要进行优化的参数的约束范围为： 30°＜β1＜40°15°＜β2＜40° 上式中Km1-叶轮进口轴面系数，ns-泵的比转速，Fr-流量，h-扬程，n-叶轮转速，g-重力加速度；2建模和网格划分：按照离心泵叶轮的参数，使用三维造型软件在确定的坐标系下对离心泵叶轮的计算域进行造型；利用ANSYSICEM软件对三维模型进行网格划分；3CFX仿真验证：将网格导入CFX软件中，在给定的边界条件下进行离心泵叶轮在全流量工况下的瞬态数值模拟计算，由软件自动生成结果；再对数值模拟结果进行后处理以获得离心泵的流量-扬程、流量-效率性能曲线；根据性能曲线对比在所绘制的网格下扬程和效率是否达到设计要求，若不满足设计要求，则重复步骤2对三维模型重新进行网格划分，直至得到满足设计要求的网格；4涡核结构提取：以步骤3得到的模拟结果为基础，基于Q方法在计算域中进行涡核结构提取，得到涡核强度随流量变化的数据，其中，Q值表示流体微元旋转与变形的强度大小关系；5熵产分析：以步骤3得到的网格为基础，根据公式1.1、1.2、1.3，由CFD计算结果的速度分布计算离心泵内部能量损失的分布情况；然后由公式1.4对式1.2、1.3在叶轮区域进行体积积分可得叶轮总熵产率； 上式中Spro，t-单位体积叶轮总熵产生率， -单位体积叶轮时均熵产生率，Spro，d′-单位体积叶轮脉动熵产生率，T-流体温度，ρ-流体密度，ε-湍流耗散率，u，v，w-流体分别在X、Y、Z方向上的速度分量，表示时均速度值，u′，v′，w′表示脉动速度值；6高效点匹配：将步骤4、步骤5中得到的数据进行无量纲化处理，导入到数据处理软件中进行绘图，得到叶轮总熵产率和涡核强度随流量变化的曲线；其中涡核强度最小时对应的无量纲流量为Fr1，叶轮总熵产率最小时对应的无量纲流量为Fr2；7采用模拟退火优化算法，对叶轮的设计参数进行优化，使得涡核强度最小时对应的无量纲流量和叶轮总熵产率最小时对应的无量纲流量均为F′r，且F′r＝Fr1＝Fr2＝1，此时得到叶轮的最优设计参数。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 浙江理工大学 一种离心泵叶轮的优化设计方法

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