軸流泵的葉片優(yōu)化及內(nèi)部流動(dòng)特性研究.pdf

1、本文的研究工作在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“大功率灌排泵的研制與開發(fā)”（編號(hào)：2015BAD20B01）和江蘇省水利科技項(xiàng)目（編號(hào)：2015042）的資助下展開。
　　軸流泵是大流量泵，同時(shí)具備低揚(yáng)程的特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、城市給排水、調(diào)水工程等領(lǐng)域。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)高性能的高比轉(zhuǎn)速軸流泵的需求也隨之增強(qiáng)。
　　本文以高比轉(zhuǎn)速軸流泵模型為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究高

2、比轉(zhuǎn)速軸流泵內(nèi)部流動(dòng)的特性，探究了高比轉(zhuǎn)速軸流泵在失速條件下的特性，并且基于Isight軟件搭建了智能優(yōu)化平臺(tái)，對(duì)高比轉(zhuǎn)速軸流泵的葉片優(yōu)化進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果有：
　　（1）采用數(shù)值模擬計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，得出（0.66～0.62）QBEP（Best Efficiency Point）為高比轉(zhuǎn)速軸流泵的“馬鞍區(qū)”，通過(guò)邊界渦量流分布（BVF）、葉片表面的靜壓分布以及葉輪內(nèi)部的流線分布等方法，對(duì)高比轉(zhuǎn)速軸流

3、泵的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了深入研究，獲得了高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉片做負(fù)功的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)在“馬鞍區(qū)”內(nèi)葉片吸力面前緣處出現(xiàn)了漩渦，據(jù)此為葉片的優(yōu)化研究指明方向。
　?。?）基于Isight軟件，通過(guò)編寫軟件接口將Catia、ICEM、CFX集成到一起，并且編寫了各個(gè)軟件的腳本命令，實(shí)現(xiàn)了軟件的后臺(tái)自啟動(dòng)運(yùn)行；利用Isight提供的優(yōu)化算法，搭建了集參數(shù)化造型、網(wǎng)格劃分、數(shù)值模擬計(jì)算和優(yōu)化模塊于一體的智能優(yōu)化平臺(tái)。
　　（3）對(duì)高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉

4、片的二維截面進(jìn)行參數(shù)化解析，采用Catia對(duì)二維截面進(jìn)行完全約束，將變量以Catia提供的知識(shí)表的形式表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)高比轉(zhuǎn)速軸流泵的參數(shù)化造型。
　　（4）采用搭建完成的智能優(yōu)化平臺(tái)，以泵的水力效率為優(yōu)化目標(biāo)，揚(yáng)程為約束條件，采用多島遺傳算法分別對(duì)葉片截面的進(jìn)口角、出口角和最大厚度進(jìn)行優(yōu)化迭代計(jì)算，結(jié)果表明：優(yōu)化后的水力效率分別提高到了82.4％和83.4%；優(yōu)化后葉片表面的 BVF分布較優(yōu)化前更均勻，在0.66QBEP和0.62

5、QBEP葉片表面的 BVF正峰值區(qū)域得到了改善，葉片輪緣處的漩渦流動(dòng)得到了消除；優(yōu)化后葉輪進(jìn)口的速度環(huán)量較優(yōu)化前得以減小，進(jìn)口回流也得到了一定的改善。此外，通過(guò)相關(guān)性分析了各個(gè)優(yōu)化變量對(duì)于目標(biāo)函數(shù)的影響。
　　總之，本文提出的基于Isight的水力優(yōu)化方法能夠大幅減少反復(fù)造型的時(shí)間，并且可實(shí)現(xiàn)以較少的參數(shù)對(duì)葉片形狀的進(jìn)行控制，能夠采用多島遺傳算法進(jìn)行全局的優(yōu)化尋優(yōu)，得到的滿足預(yù)期的優(yōu)化結(jié)果。本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論也可為水力機(jī)械葉片的