粒子群算法在带导叶离心泵性能优化中的应用

为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量效率为优化目标,定义扬程为约束条件,通过Bézier曲线控制叶片安放角、叶片进口边位置和叶片...     

基于水力损失计算的离心泵叶轮叶片出口安放角选择方法

为提高离心泵的效率,在泵叶轮内水力损失计算的基础上,通过推导建立叶轮水力效率和流量、转速、叶片数、比转速、出口安放角及叶轮设计系数的函数关系。据此关系,针对一台Q=100 m3/h、H=34 m、n=2 900 r/min的泵,编写性能预测程序,得出不同叶片数、不同k₀取值下的叶片出口安放角和水力效率的关系,可知当叶片数Z=5、β₂=29°、k₀=4.2时,叶轮水力效率最高。按设计参数设计叶轮,并构建叶轮和蜗壳模型,利用FULENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出在设计参数下泵的水力效率达到89.43%,证明了用所提出的方法可以设计出高效的离心泵叶轮。     

叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角β对离心泵空化性能的影响,以100MP200单级单吸离心泵为模型,在保持其他叶轮几何参数不变的情况下,设计了4种不同包角β的叶轮,基于完全空化模型和RNGk—ε湍流模型对离心泵进行数值模拟,分析不同包角下叶轮流道内的空化性能和空泡体积分布规律。结果表明:叶片包角β对离心泵的扬程和效率有明显相关性,在叶片包角β=160°时具有最佳的扬程和效率;最佳包角为β=160°的叶轮具有最佳的抗空化性能,空化区域面积比其他三种包角叶轮有显著的减小。     

中低比转速率心泵叶轮几何参数优化

中低比转速离心泵效率普遍不高,主要因素是泵的圆盘摩擦损失过大,而圆盘摩擦损失又和叶轮直径的五次方成正比,针对这一特点,提出了以减少泵的圆盘摩擦损失为目的方法,即以叶轮直径最小为目标函数,综合考虑叶轮进口直径、叶轮叶片进出口安放角,叶轮叶片数等设计变量,建立相应的数学模型,通过优化计算,获得满足一定扬程和流量的上述参数的最优组合,从而提高中低比转数离心泵的效率,缩短泵的设计周期。     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

离心泵叶轮的优化设计模型

论述了以泵的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度、出口角、直径、叶片数、进口直径、进口角、进口宽度为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法．     

离心泵叶轮的优化设计

论述了以泵的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度,出口角,直径为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法。通过优化,获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合。     

基于差分进化算法的串列叶型优化研究

串列叶型可调参数多,上下游叶片有强烈的干涉效应和某种未知的匹配关联,基于传统的叶片优化设计方法难以获得高性能串列叶片。应用Sphere和Rastrigin测试函数对比分析了DE/b/1、DE/b/2、DE/r/1、DE/r/2和DE/r2b/2差分进化模式,从中选取可工程实用的DE/r2b/2进化模式。应用该差分进化模式,综合考虑轴向重合度、节距系数、弯角比、弦长比以及后排来流近似攻角5种参数的共同作用,设计了优化流程、优化策略,确定了优化目标函数,对初始设计的串列叶型进行了优化研究,提出了一种可以考虑串列叶片关键参数的优化策略和方法。优化结果表明,在设计马赫数,大攻角工况下,较原始叶片,优化使得串列叶型静压比增加1.14%,总压损失系数降低6.57%。     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

高比转速离心叶轮的参数化分析及优化设计

为提高高比转速离心泵的性能和解决多参数优化难的问题,提出一种基于变量降维和智能算法的优化设计方法。变量降维过程基于Pearson相关性分析方法,研究叶轮的18个设计变量对泵水力性能的影响,并选择其中8个具有高影响因子的变量作为最终的优化变量。优化过程基于拉丁超立方抽样方法生成160组设计样本,以最大化设计工况效率作为目标,利用人工神经网络和遗传算法对优化问题进行求解。优化结果经CFD验证：模型泵在设计工况点效率提高了3.02%,高效运行区得到了拓宽;相比于原始叶轮,优化后叶轮内湍动能分布得到了改善,不稳定流动结构减少。该方法对高比转速离心泵的设计具有良好的借鉴意义。     

隔舌安放角对离心泵性能影响的分析

对比转数为195的单级双吸式离心泵,分别建立3个不同隔舌安放角时的蜗壳、叶轮及吸入室的三维模型,以这3种不同隔舌安放角的离心泵模型为研究对象,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用标准k-ε方程湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLE算法进行数值模拟,得到其流场分布,计算出模型进出口压力及流体对泵轴的力矩;在叶轮转速不变,进口速度变化的10个工况下,得出泵的流量-效率曲线。在此基础上,对比不同隔舌安放角时流场分布和特性曲线,发现隔舌处压力、速度分布及特性曲线变化均与隔舌安放角大小有关,得出设计工况隔舌安放角在33°时水力损失较小,模型泵的效率最高。     

螺旋式离心泵性能的试验与分析

在分析螺旋离心泵特殊结构和性能的基础上,对某型螺旋式离心泵进行了试验.根据试验的结果,指出了影响螺旋式离心泵性能的几种因素,并对这几种重要影响因素进行了定性的分析.通过对该型泵试验结果的分析,提出了相对应的解决措施.利用这些解决措施对试验用泵进行了改进,得到了改进后试验结果,同时对改进前后的试验结果与设计参数进行了对比.结果表明,在泵的设计中几何参数的选择、叶轮出口安放角β2、叶轮与锥型吸入室间的间隙δ等是影响螺旋式离心泵性能的重要因素,并为以后泵的设计和优化提供依据.     

压水室隔舌安放角对离心泵无过载性能的影响

为了实现离心泵的无过载性能、保证泵运行的可靠性,以IH-100-65-200型化工离心泵为研究对象,采用RNG k-ε模型对不同隔舌安放角的离心泵进行数值模拟,分析不同隔舌安放角下离心泵轴功率、扬程、效率及内部流场的变化规律,研究隔舌安放角对离心泵无过载性能的影响,并对数值模拟结果进行试验验证。研究结果表明:压水室隔舌安放角是离心泵无过载性能的一个重要参数,随着隔舌安放角的减小,离心泵的扬程和效率提高,扬程曲线变得平坦、易出现驼峰;喉部面积增加,使泵更容易获得饱和轴功率性能;流体在叶轮和蜗壳内的静压增加,速度梯度方向和流道方向较一致,减小了流体与蜗壳壁面的撞击损失。     

动叶轮叶片数对多相混输泵水力性能的影响

为了探究动叶轮叶片数对多相混输泵外特性、做功性能和水力特性的影响规律,基于欧拉非均质流模型,利用CFX软件对不同动叶轮叶片数下的多相混输泵在多种流量工况、入口含气率10%的条件下进行数值计算。研究发现:流量在90 m3/h及以下时,动叶轮叶片数对扬程和效率的变化趋势影响相对较小,而随着流量的增加,四叶片动叶轮会使混输泵扬程和效率的下降程度增大;当动叶轮叶片数为3时,多相混输泵的外特性、叶片表面静压分布、载荷分布和水力特性等均优于动叶轮叶片数为4时的性能。本文的研究结果可为多相混输泵动叶轮叶片数的选择提供参考。     

余热排出泵小破口失水事故空化特性数值分析

为研究小破口失水事故工况下余热排出泵内部空化流动特性,基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型和剪切应力运输SST湍流模型,对余热排出泵高温高压环境下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。根据计算结果获得了余热排出泵小破口严重事故工况下扬程和效率的衰减曲线及空化发生的初始压力,捕捉到泵内空化的发生、发展过程。研究结果表明:当环境压力降低至大约1.15 MPa时,叶片吸力面进水边靠近前盖板处开始出现空泡,随着环境压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大;当压力降低至1.143 MPa时,叶轮内部最大空泡体积分数达到50.17%,严重空化时,叶片工作面会有空泡聚集并造成叶轮流道严重堵塞致使泵扬程急剧下降。通过分析空化发生的状况得出空化发生的初始压力,为余热排出泵的设计提供一定的参考。     

深海矿产矿浆泵矿石颗粒回流性能

针对深海采矿矿浆泵回流较差的问题,本文使用CFD-DEM方法,计算球形颗粒在某型矿浆泵单级和两级叶轮导叶内的回流,混合粒径颗粒回流以及非球形颗粒的回流情况。颗粒群在单级叶轮导叶回流时,由于不同导叶叶片与叶轮叶片之间的相对位置差异,不同导叶流道内颗粒群的回流情况不同;颗粒群的回流情况与叶轮导叶的形状有关,高比转速小包角叶片的设计更有利于颗粒回流。颗粒群在两级叶轮导叶内回流时,次级叶轮导叶内颗粒流动情况与单级基本相同,但首级不同导叶流道内的颗粒分布既受到首级叶轮导叶叶片相对位置的影响,还与首级导叶叶片和次级叶轮叶片的相对位置有关。混合粒径颗粒群的回流能力要弱于单一粒径,不同粒径颗粒在不同级叶轮导叶内通过时间也有所差异。相对于球形颗粒,非球形颗粒回流性能要差很多,增大了可回流矿浆泵的设计难度。     

基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化

载荷分布是三元反问题设计中的关键参数,为分析叶片载荷分布规律对离心泵叶轮水力性能和气蚀性能的影响,采用软件CFX对叶轮a、b和c 3种不同叶片载荷方式的离心泵叶轮内流场进行数值模拟。由分析结果可知:不同叶片载荷对离心泵叶轮外特性存在较大影响,外特性性能最好的是叶轮b,但其吸力面进口处静压值最小,外特性性能其次的为叶轮a,其吸力面进口处静压值最大,所以在兼顾离心泵叶轮效率与气蚀性能的条件下,优化出最佳载荷分布方式为叶轮a,即外特性和气蚀性最好,在其最佳载荷的基础上对其载荷分布再次进行优化可知:叶轮a-3的载荷分布水力性能和气蚀性能较好。分析结果为离心泵叶轮三元反设计提供一定参考。     

非设计工况下叶轮进口附近的流动及其控制

对叶轮进口附近流动在偏离设计工况下的回流和汽蚀(空化)两大特性进行了系统的描述，阐述了它们的诱发机理及其对泵性能的影响．根据回流的诱发机理对诱导轮的作用进行了全面的分析，提出了控制回流发生的有效方法，从叶片进口流动这一角度完善了离心泵叶片设计理论．     

基于分流叶片技术的离心式航空燃油泵优化设计

为了优化提升离心式航空燃油泵空化性能,在原有常规设计叶片的基础上,采用分流叶片技术与叶片前伸设计2种叶轮模型,分别为叶片前伸头部后掠与叶片前伸头部直线。基于RNG k-ε湍流模型与ZGB空化模型分别数值计算了1 800～10 400 L/h流量范围下6个工况的离心式航空燃油泵单相定常与空化流场。结果表明,采用大包角长叶片的分流叶片可提高离心式航空燃油泵全流量范围内扬程,且性能曲线较平坦;1 800 L/h小流量工况下3种模型效率分别为32.85%、29.52%和31.86%,7 600 L/h小流量及10 400 L/h额定流量工况下叶片前伸头部后掠效率比其他2种模型效率低4%;叶片前伸头部后掠与叶片前伸头部直线性能优于常规叶片空化性能。分析结果为离心式航空燃油泵的空化流动控制、效率提升提供了理论依据。     

筒袋泵首级叶轮结构参数对水力性能影响

为进一步提高立式筒袋泵性能,基于ＲＮＧｋ—ε湍流模型,对立式筒袋泵首级叶轮进行数值 模拟．通过分析改型前后各个流量状况下的外特性曲线和离心泵内压力云图,研究了不同叶片数和 不同叶片包角角度情况下离心泵扬程和效率的变化情况,为筒袋泵进一步改良提供了依据．结果表 明：随着叶片数的增加,离心泵各个流量情况下的最大效率值呈现先增大后减小的现象;随着叶片 包角的增大,离心泵效率先上升后下降,存在着一个对于离心泵性能最佳的包角角度;相较叶片数 改变对性能的影响而言,叶片包角改变对性能的影响较小．