基于二次回归正交组合设计低比转速离心泵叶轮的优化设计

为改善某低比转速离心泵的水力性能,运用二次回归正交组合方法设计试验方案,选取7个主要的叶轮几何参数作为研究因素,包括叶轮出口直径D_2、叶片出口宽度b_2、叶片出口角β_2、叶片包角ψ、叶片数Z、短叶片前缘周向偏置度θ_1和短叶片尾缘相对周向偏置度τ_1,利用CFX对试验设计方案进行定常数值模拟计算,基于试验方案模拟结果建立以扬程和效率2个响应的二次多项式回归预测数学模型。分析结果表明:叶片数对该离心泵扬程和效率影响最大,叶轮出口直径的变化相比其他因素对泵扬程和效率的综合影响更加突出,基于二次多项式回归数学模型频率分析法筛选出的最佳优化方案达到了预期的优化效果。     

中比转速离心泵无过载优化设计

对D450-60-10型中比转速离心泵进行无过载优化设计,原始方案采用模型换算法设计模型泵进行试验并换算得到原型泵性能,同时利用Fluent模拟得到模型泵和原型泵性能,对泵性能分析后提出基于叶片出口角、叶轮出口直径和叶轮出口宽度等结构参数的3种原型泵优化方案。结果表明:当叶片出口角β2=10°时,与β2=15°相比,功率曲线的拐点更接近额定工况点,且最大功率下降了6.78%,但会牺牲部分扬程;3种优化方案下离心泵都达到了无过载的要求,功率备用系数K均小于1.2;最佳方案(叶轮出口直径D2=0.49m,叶轮出口宽度b2=0.03m,叶片出口角β2=10°)的功率备用系数最低,为1.09,与原始方案相比,扬程和效率分别提高了6.94%、1.95%,为中比转速离心泵无过载设计提供了参考。     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

面积比原理在冲压泵设计中的应用研究

基于面积比原理对冲压泵叶轮出口与导叶进口的匹配进行设计与研究,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了叶轮出口与导叶进口面积比和导叶进口与导叶到泵腔壁间环形进口面积比对泵内部流场和性能的影响.分别对5种不同面积比的冲压泵模型进行计算分析,结果表明:随着叶轮出口面积F2与导叶进口面积F3比值Y=F3/F2的增大,导叶进口流速越来越小,冲压泵的扬程和效率不断提高,当由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程和效率分别提高了约3.0％和2.0％.随着导叶到泵腔壁间环形进口面积F的增大,导叶出口的平均静压值先增大而后又下降,冲压泵的扬程和效率也先增大后下降,当F=1 680.4 mm2(F/F3=197.2％)时,扬程和效率都达到最大值.     

中低比转速离心泵叶轮多目标优化设计

中低比转速离心泵效率普遍不高，主要因素是泵的损失过大，在减小泵的损失时，容易使汽蚀余量增大，扬程曲线产生驼峰，为提高泵效率，减少汽蚀余量，消除扬程曲线驼峰，本文论述了以中低比转速泵的能量损失最小，汽蚀余量最小及消除扬程曲线驼峰为多目标函数，以叶轮主要参数为设计变量的泵叶轮优化设计方法，通过优化，获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合。     

中低比转速两相流杂质泵叶轮优化

目前两相流杂质泵效率偏低,主要原因为尚未有成熟的固液两相流泵的设计方法。为提高杂质泵的效率,本文运用优化思想,以能量损失最小为目标函数,以杂质泵叶轮进口直径、出口直径、叶片数、叶轮进口宽度、出口宽度、叶轮出口安放角为设计变量,经验公式中设计参数的变化范围为设计变量的约束条件,建立了杂质泵的优化模型,建模时,引用了经验速度系数法、速度比设计法的一些公式,以巩义市两相流泵厂的80LXZH-80-58泵为算例,通过优化,得到了该两相流杂质泵叶轮参数的最佳组合。该方法可提高杂质泵的效率,也为设计人员提供了杂质泵的另一参考设计方法。     

基于NSGA-Ⅲ算法的低比转速离心泵多目标优化设计

为提高IJ125-100-400-00型低比转速离心泵的水力性能，采用基于参考点的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）结合近似模型、数值模拟等方法对叶片进行了多目标优化。根据水力损失模型和灵敏度分析结果，选取叶轮出口宽度、叶轮出口直径以及叶轮出口角度3个参数作为设计变量; 使用拉丁超立方抽样随机生成了60组设计方案，针对非简化模型进行了数值模拟，得到了对应的外特性值，并建立了高效的BP神经网络近似模型；最终采用NSGA-Ⅲ算法对近似模型进行了多目标寻优，得到了最优设计变量组合。研究结果表明：初始模型的数值模拟结果与实验值具有很好的一致性，两者在额定工况下扬程的绝对误差小于2.14%，；BP神经网络拟合预测效果良好；优化后的离心泵水力效率提高了6.86%，扬程满足设计需求，泵内部流场明显改善。     

混装不同叶轮的多级离心泵驼峰性能研究

针对多级离心泵小流量区域的扬程易产生驼峰、运行不稳定的问题,提出了一种不同水力的叶轮进行混装的改进方案,并通过对比试验对改善扬程驼峰的有效性进行了验证,结果表明：通过叶片数为5、出口宽度为23.7 mm的A叶轮与叶片数为3、出口宽度为33.6 mm的B叶轮进行混装,较好地改善了多级离心泵小流量区域的扬程驼峰;效率为76%的A叶轮与效率为75%的B叶轮混装后泵效率为75.7%,不会因改善驼峰而牺牲泵的效率;相较传统的通过改变单个叶轮水力模型的叶片数、叶片出口角、叶轮出口宽度等参数来改善扬程驼峰的方法,更加方便灵活,且不会因改善驼峰而牺牲泵的效率。研究结论可为改善多级离心泵扬程驼峰的设计方法提供参考。     

轴流式磁悬浮血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵流体动力分析是研发先进人工心脏泵的前提,血泵叶轮旋转时会对血细胞造成不同程度的机械损伤,从而导致溶血和血栓,严重时甚至危及患者生命。以设计的一种轴流式磁悬浮血泵为例,结合计算流体力学和结构优化设计,采用κ-ε模型、动网格技术和用户自定义函数技术,在轴流式磁悬浮血泵内部三维流场数值模拟的基础上,分析轴流式磁悬浮血泵流道的剪应力分布,探索血液流量与叶轮转速的关系,利用粒子追踪法获取血液细胞流动轨迹,建立一种轴流式磁悬浮血泵的溶血数学模型,阐述轴流式磁悬浮血泵溶血性能预测的方法和机理。研究结果可为轴流式磁悬浮血泵的结构设计和降低溶血提供重要依据。
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低比转速离心泵叶轮多目标优化设计

论述了以低比转速离心泵的能量损失最小及汽蚀余量为多目标函数,以叶轮主要参数为设计变量的泵叶轮优化设计方法,通过优化,获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合。     

离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级影响因素的综合排序

离心泵扬程影响因素排序的研究应该侧重于其Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级因素的综合影响。本文利用灰色理论分析了2个Ⅰ级因素(叶轮参数IP与蜗室参数VP)、5个Ⅱ级因素(叶轮进口参数IIP,叶轮出口参数IOP,叶轮流道参数IPP,蜗室平面参数VPP与蜗室断面参数VSP)和17个Ⅲ级因素(例如,叶轮进口直径D_0,出口直径D_2,平均直径D_m,基圆直径D_3等几何参数)对扬程H的综合影响。通过大量计算,得到了Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级因素的综合影响排序,计算结果表明,在Ⅰ级因素中,IP对H影响最大,VP最小;在Ⅱ级因素中,IPP对H影响最大,VSP最小,而且IOP、VPP与IIP介于它们之间。在IPP中,Ⅲ级几何参数对H影响顺序为t、D_m、θ、Z;在IOP中,影响顺序为D_2、β_2、b_2;在VPP中,影响顺序为D_3、α、s;在IIP中,影响顺序为β_1、D_0、b_1;在VSP中,影响顺序为b_4、h、b_3、F_Ⅶ。在本文中首次提出离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级影响因素及其Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级灰色关联度计算公式的新概念、新思路和新方法,对离心泵的研究、设计以及现有产品改造提供了重要理论基础。     

单级单吸半开式叶轮离心泵性能偏差的原因分析与处理

通过对单级单吸半开式叶轮离心泵性能偏差的原因分析和探讨,确定了泵体和叶轮叶片之间的间隙值、半开式叶轮的外径尺寸D_2和叶片宽度b_2是影响泵扬程偏差的三个重要因素,并提出了针对性的改进措施和解决办法,使半开式叶轮离心泵的性能得到了可靠保证。     

30万吨/年合成氨DA930-121空压机第一级焊接叶轮超速试验

一、叶轮超速试验简介 30万吨/年合成氨用DA930-121空压机第一级叶轮,系由34CrNi3Mo钢的轴盘、叶片和轮盖三者以手工电弧焊焊接而成。叶轮重209公斤,叶轮外径D_2=830mm,叶片出口相对宽度b_2/D_2=7.48％。叶轮运行转速n及周     

一体可配多轮的离心泵设计思路

为了节省制作模型和工装的成本,笔者提出对于流量、扬程差距在一定范围内的泵可以采用一个泵体配用多个叶轮的设计思路,以满足不同的性能要求。笔者分析叶轮的几何参数包括叶轮进口直径D_j、叶片数Z、叶片包角Ψ、出口角β_2和叶轮出口宽度b_2对泵性能的影响,同时通过设计实例来验证一体可配用多轮设计的可行性。     

基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计

为了拓宽余热排出泵设计高效区的范围,提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法。采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮叶片的进口冲角?β、包角φ及出口安放角β2进行16组方案设计,并采用ANSYS CFX14.5对16组叶轮方案进行定常数值模拟,选取离心泵设计工况1.0Qd和大流量工况1.62Qd下的效率为水力优化设计目标,建立了效率与叶片三个参数之间的Kriging近似模型,并应用多目标遗传算法对近似模型进行寻优,得到了最优的叶片参数。对原始方案进行外特性试验,数值模拟结果与试验结果基本吻合。优化后,叶轮在两工况下的效率均高于原始泵,效率分别提高了5.53%和2.29%。同时对比优化前后的泵内部速度分布,表明在设计工况和大流量工况下,优化后的叶轮内部相对速度分布更均匀,水力损失较小。提出的叶轮优化方法对泵性能提高提供了有效参考。     

大功率机车用轴流冷却风机叶轮气动性能优化

本文基于人工神经网络代理模型对某大功率机车用轴流冷却风机叶轮进行优化设计。采用S-A湍流模型和求解三维雷诺平均N-S方程分析叶轮内部流动,以叶片中弧线进口角、出口角和叶片的安装角为设计变量,优化目标函数选择效率和静压升。设计点采用随机离散层取样方式,在几何参数的设计范围内生成样本并进行三维流动分析,以得到目标函数的模拟值;取不同自由参数可变范围,多次优化。优化设计结果与原始模型相比提高效率1.5%,静压升提高87Pa,其非设计点性能也均有所提高,满足设计需要。     

基于CFD的电子水泵叶轮优化研究

针对某电子水泵存在效率低下、运行不稳定的问题,对该电子水泵叶轮结构参数进行了优化.采用ANSYS Fluent软件对该型号电子水泵内部流场进行了仿真分析,求得了该型电子水泵的扬程,并将其与试验值进行了对比,对仿真模型的准确性进行了验证;以叶片数、叶轮出口直径、叶轮出口宽度为优化变量,采用Box-Behnken设计了其响...     

基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵转子高速旋转会造成血细胞出现不同程度的机械损伤，严重时可能危及患者生命，研究血泵流场特性是设计人工心脏泵的关键。以自主研发的章动磁悬浮血泵为例，基于计算流体动力学非定常三维N-S方程，采用标准κ-ε模型、用户自定义函数和动网格技术，模拟分析血泵内部流场情况，探究三维流场内速度、压力以及剪切应力大小及分布规律。建立磁悬浮章动血泵的溶血模型，采用粒子追踪法获取红细胞在血泵内所受剪切应力和暴露时间，预测血泵的溶血特性。研究结果表明血泵内部流动均匀，没有明显的回流和滞流现象，具有良好的血液相容性。研究为磁悬浮章动血泵的进一步优化设计和性能评价提供重要依据。     

基于BP神经网络的700型压裂泵优化设计

针对目前压裂泵泵效低、压力波动大,不能满足压裂工艺发展要求的现状,以提高泵效和降低压力波动为优化目标,通过BP神经网络的自学习建立起了压裂泵优化目标与设计变量之间的神经网络模型,并采用VB编程调用Matlab强大的神经网络算法库对BP神经网络模型进行了求解,得到了设计变量的优化值,实现了对700型压裂泵主要结构参数的优化设计.     

泵用圆弧转子造型与尺寸的参数化与最优化研究

为实现泵用圆弧转子的造型参数化与尺寸最优化,由共轭关系构建峰圆弧与谷圆弧两类情况下的全参数型线方程与三维模型。其次,以节圆半径和形状系数为设计变量,圆弧转子副所占方体的空间体积为目标函数,形状系数上限值、中心距取整和宽径比为约束函数,构建优化模型和实例分析。结果表明,峰圆弧与谷圆弧转子的两类型线,经三维模型验证,均能实现零件与装配件的全参数化;容积利用系数的拟合精度高,3阶的多项式拟合足能满足设计要求;实例参数下103 mm节圆半径和1. 394 4形状系数的优化结果,说明转子尺寸存在优选的必要性。为泵用其它型线的转子提供了一种全参数的优化设计方法。