軸流泵的葉片優(yōu)化及內(nèi)部流動特性研究.pdf

1、本文的研究工作在國家科技支撐計劃項目“大功率灌排泵的研制與開發(fā)”（編號：2015BAD20B01）和江蘇省水利科技項目（編號：2015042）的資助下展開。
　　軸流泵是大流量泵，同時具備低揚程的特點，在國民經(jīng)濟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。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對高性能的高比轉(zhuǎn)速軸流泵的需求也隨之增強。
　　本文以高比轉(zhuǎn)速軸流泵模型為研究對象，采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法，研究高

2、比轉(zhuǎn)速軸流泵內(nèi)部流動的特性，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，對高比轉(zhuǎn)速軸流泵的葉片優(yōu)化進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果有：
　?。?）采用數(shù)值模擬計算與試驗相結(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，對高比轉(zhuǎn)速軸流

3、泵的內(nèi)部流動進行了深入研究，獲得了高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉片做負功的區(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，通過編寫軟件接口將Catia、ICEM、CFX集成到一起，并且編寫了各個軟件的腳本命令，實現(xiàn)了軟件的后臺自啟動運行；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)值模擬計算和優(yōu)化模塊于一體的智能優(yōu)化平臺。
　?。?）對高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉

4、片的二維截面進行參數(shù)化解析，采用Catia對二維截面進行完全約束，將變量以Catia提供的知識表的形式表現(xiàn)出來，實現(xiàn)高比轉(zhuǎn)速軸流泵的參數(shù)化造型。
　?。?）采用搭建完成的智能優(yōu)化平臺，以泵的水力效率為優(yōu)化目標，揚程為約束條件，采用多島遺傳算法分別對葉片截面的進口角、出口角和最大厚度進行優(yōu)化迭代計算，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得到了消除；優(yōu)化后葉輪進口的速度環(huán)量較優(yōu)化前得以減小，進口回流也得到了一定的改善。此外，通過相關(guān)性分析了各個優(yōu)化變量對于目標函數(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)造型的時間，并且可實現(xiàn)以較少的參數(shù)對葉片形狀的進行控制，能夠采用多島遺傳算法進行全局的優(yōu)化尋優(yōu)，得到的滿足預(yù)期的優(yōu)化結(jié)果。本文的研究內(nèi)容和結(jié)論也可為水力機械葉片的