某永磁电机冷却风机优化设计

针对某永磁电机冷却风机功耗大的问题，进行了风机优化设计的研究。首先对原机进行参数化建模，按照几何特征将设计变量分为4个特征组，将叶型通过5个控制点样条曲线化，借助几何约束调整叶型；通过CFX软件采用雷诺平均N-S方程求解风机流场得到原型机的气动性能参数，与试验结果进行验证对比；在此基础上，通过循环迭代法与响应面法联合优化的方式依次优化4组参数，最后将全参数进行响应面法二次拟合，最终确定了风机的最优组合方案。结果表明，优化后的风机在额定流量下，风机静压提高了10%，全压效率提高了6.7%，风机性能整体显著提高；叶轮进出气得到明显改善，流道内流场更加流畅，所提出的优化方法可为离心风机的优化改进设计提供参考。     

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。     

某型城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机优化设计

介绍了某型城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机优化设计过程,利用CFX数值仿真手段对离心通风机叶轮进行了提高效率的降噪优化设计研究,对原风机进行参数化建模,利用数值仿真计算的方法得到了原始风机叶轮几何参数下的气动性能,在此基础上,根据冷却单元通风系统性能匹配,重新确定叶轮直径、选取风机初始计算参数,并采用响应面法,得到最佳性能的叶轮叶片数量、进口角及出口角。通过选择合适的几何参数,静压效率提升了8.54%,噪声降低了4.47 dB (A),为离心风机的优化设计提供参考。     

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。     

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。     

小型堆核主泵水力优化设计及试验研究

以更安全、更高效、更经济为主要特征的新一代核能技术及其多元化应用,成为全球核能科技创新的主要方向。小型反应堆因其安全、经济、可移动等优点而具有广阔的应用前景,小型核主泵的研究也受到了诸多学者的关注。对小型堆核主泵的水力开发进行研究,采用CFD数值模拟和试验验证相结合的方法,对小型堆核主泵进行水力优化设计。首先基于设计输入参数确定关键水力部件基本结构参数,对小型堆核主泵的叶轮和导叶进行初始模型的建模,采用三维软件对进口吸入段、叶轮、导叶及泵壳进行建模;其次利用6因素3水平的L18(63)正交表对小型堆核主泵水力进行正交优化设计,将不同因素与水平合理分为18组试验方案,并对18组模拟结果进行极差分析,选取最佳参数组合;最后与优化前模型的外特性和汽蚀特性进行对比,并对优化后的模型进行了内部流动分析。优化模型进行实体制造并通过试验验证,一方面证实了正交优化设计方法是可行的,另一方面优化后的小型堆主泵模型具备了较优的性能,促进了小型堆核电技术发展。     

轴流式通风机几何参数最优设计

本文分别以轴流风机的全压效率及静压总效率为目标函数,选用不同的设计变量,采用SUMT内点和外点罚函数的组合方法,对有关的几何参数进行优化设计,其结果表明以四个设计变量,以静压总效率为目标其优化效果最佳。本文同时给出了轴流风机的传统设计,优化设计的通用程序并比较其效果。     

低比转速离心泵大包角叶轮的优化设计

为了研究在大包角下低比转速离心泵叶轮的水力性能,本文采用CFD数值模拟并结合试验对大包角下的低比转速离心泵叶轮进行优化设计。在叶轮其他参数相同的条件下,对包角300°的9种方案分别进行数值计算,对试验结果采用极差分析,得到了300°大包角下叶轮的最优参数组合,并对比了该参数组合下泵数值模拟结果与试验结果。研究结果表明:数值模拟预测的泵外特性与试验结果基本符合,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果为低比转速离心泵大包角叶轮的设计提供了一定的理论参考。     

人工心脏泵水力及溶血性能多目标优化设计

为了优化人工心脏泵的水力性能和降低血液损伤,通过计算流体力学分析了人工心脏泵主要结构参数对效率、扬程和溶血值的影响规律,并使用单变量特征选择方法选取出口直径D_2、叶片包角ψ、出口宽度b_2为设计变量,以人工心脏泵的效率、扬程和溶血性能为目标函数,使用响应面法拟合设计变量与目标函数的多元回归模型,最后联合NSGA-Ⅱ遗传算法进行了多目标优化。确定最优叶轮出口尺寸:D_2=41.68 mm,ψ=101.8°,b_2=2.4 mm。心脏泵性能参数:效率为0.753 6,扬程为100.219 mmHg,溶血值为0.018 1 g/100L。与原始模型相比,在扬程满足设计要求的同时,水力效率和溶血性能均优于原始模型。     

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。     

高效无过载潜污泵的优化设计与试验研究

为了使潜污泵同时具有高效与无过载特性,针对模型泵100QW110-15-7.5的叶轮进行优化设计,采用正交试验设计法,设计了一组7因素3水平的正交方案。对每个方案进行数值模拟,并对计算得到的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响性能的主次顺序。采用加权方法,将扬程、效率、轴功率多项指标转化为单项综合性能指标,利用超传递近似法来确定各目标函数的权重因子的数值,并对综合性能指标进行极差分析,得到了潜污泵的最优参数。在数值模拟基础上,对最优模型样机进行了试验,测试结果表明:模型泵的额定点效率达到81.04%,在运行区间内无马鞍区、无过载现象发生,且高效区较宽,满足设计要求。预测曲线与试验曲线基本吻合,表明数值模拟较为准确,对高效无过载潜污泵的设计具有一定的指导意义。     

固液两相流泵叶轮的优化设计方法

论述利用两相流理论优化设计固液混输泵叶轮的方法，首先建立数学模型，其中轴面几何参数优化数学模型中，进口建立单目标函数，出口建立多目标函数，并采用线性加权法构成一个新目标函数。权重系数可视需要灵活选取。平面几何参数优化数学模型，是在轴面几何参数优化的基础上，以流道内水力损失最小为原则建立目标函数，优化出叶型包角的最优值。优化计算使叶轮几何参数之间优化匹配得当，整泵的效率提高，寿命延长。     

ACP 1000三代核电常规岛主给水泵内部流动数值模拟与优化

以第三代核电ACP 1000常规岛主给水泵为研究对象,建立双吸叶轮流场三维模型。基于CFD数值模拟方法,采用标准k-ε湍流模型和可升级壁面函数法对其进行三维定常湍流计算。以叶轮前盖板流线为优化参数,基于Bezier函数型流线设计方法对叶轮前盖板提出了优化设计方案。通过比较叶轮内流场增压特性及水力特性曲线,结果表明,优化后的方案具有高扬程、高效率的特点,获得的性能参数满足ACP 1000核电机组常规岛主给水泵性能要求。     

多翼离心风机双圆摆线叶片的响应面优化设计

针对多翼离心风机的叶片结构,设计了一种双圆摆线叶片替代传统的圆弧叶片以提高风机的气动性能。结合数值仿真与实验验证的方法,以双圆摆线叶片弦长、叶片弦高及摆线的起始位置为设计变量,采用响应面优化设计拟合出设计变量与风机静压升、风机效率之间的数学模型。通过遗传算法计算出效率不减、静压升最高优化目标下的最佳设计参数组合。计算结果表明,优化后的风机在叶轮出口处的气流更加均匀,气流速度也更高;减少了叶片吸力面上的涡旋区域,改善了气流在叶轮内的流动状态。相比于原型风机,优化风机静压升增加了40余Pa,增幅为12.1%。     

基于三维紊流数值计算的离心泵叶轮优化设计

应用标准k-ε紊流模型加壁面函数法对离心水泵叶轮内部的三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析。分析了离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,研究了离心泵叶轮通道内流动规律,提出了三维紊流数值分析基础上的离心泵叶轮优化设计方法。实例表明用三维紊流数值模拟方法研究叶轮内部流场是改进和优化叶轮设计的一个重要手段。     

基于数值模拟的特种混流泵水力性能优化与试验

为研究水泵液压系统混流泵的性能,分析特种混流泵性能参数与系统工作过程物理量的关联性,基于器材水下运动学方程推导混流泵流量、扬程等参数的计算方程,并提出满足器材运动要求的泵性能参数。基于数值模拟和试验并重的研究方法,针对水泵液压系统混流泵开敞式出水结构,优化双圆弧导水结构,数值模拟结果表明双圆弧轴面的过流面积变化均匀,速度场无旋涡等不良流动,减小了装置水力损失。针对混流泵叶轮叶片包角和出口安放角进行优化,获得了陡降的流量-扬程特性曲线,满足了不同工况下器材加速要求。叶轮出口采用非线性环量分布流型,提高了水力效率,试验结果表明优化的开敞式混流泵最高效率达到83.24%,各项性能指标均满足优化设计要求。     

基于PSO-LSSVR代理模型的石化多级离心泵叶轮优化设计

针对加氢进料多级泵的高功耗和低能效的情况，有必要对该泵进行结构优化设计并减少能量损失，引入机器学习，建立了支持向量回归（SVM）代理模型，并采用粒子群优化算法（PSO）解决最小二乘支持向量回归（LSSVR）代理模型的超参数确定问题。以HDB型多级离心泵为研究对象，对首级双吸叶轮与次级单吸叶轮的叶片数、进出口角、包角以及出口宽度同时进行了优化，并对优化结果进行了响应分析；用数学性能指标评估了代理模型的精度，通过数值模拟对比了优化前后模型泵的性能。结果表明，PSO-LSSVR代理模型精度高，可以用来预测离心泵的外特性并优化，优化后多级泵的扬程和效率分别提高了3.99%和2.91%，优化后的内部流场更加稳定，更有利于流体的能量转换。     

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。     

涡轮增压压气机叶轮的气动优化设计

以某型涡轮增压压气机为研究对象,采用逆向工程技术中的三维扫描的方法反求压气机叶轮,建立叶轮的几何模型,在此基础上,对叶轮几何型线进行参数化拟合,进而以效率和压比为优化目标,利用人工神经网络和遗传算法对叶轮进行气动优化设计。结果表明:优化后,叶轮的气动性能得到很大提高,在优化点叶轮的效率比原模型提高了2.01%,压比比原模型提高了0.12,综合稳定裕度也提高了。     

矿用液力偶合器流场特性数值模拟及叶片数目优化

依靠传统一维束流理论难以有效对大功率矿用液力偶合器叶片数进行优化设计,针对这一问题,提出了一种基于计算流体动力学（CFD）的响应面模型叶片数优化设计方法。首先,对偶合器进行了三维数值模拟研究,并运用最优拉丁超立方方法设计了叶轮的叶片数;然后,完成了不同叶轮叶片数下单流道流场计算模型的数值模拟计算,进行了涡轮和泵轮叶片数的敏感性分析,建立了其响应面近似模型,确定了叶轮叶片数与额定转矩之间的关系,完成了其叶片数的优化设计;最后,探究了不同叶轮叶片数下的偶合器叶轮流场及转矩特性分布规律。研究结果表明：涡轮叶片数z_T=37、泵轮叶片数z_P=34时,额定转矩值最大,响应面模型误差仅为0.93%,偶合器内流场分布特性合理地解释了叶轮叶片数对转矩特性的影响规律;优化后的叶轮叶片数有效地提高了偶合器额定工况时的工作性能,为偶合器优化设计与改进提供了可靠的方法。