漂浮取水泵内部流场的数值模拟及性能试验

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,基于Pro/E建立了内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了压力、速度分布规律以及外特性曲线,并结合性能试验,对数值模拟进行了验证。结果表明:漂浮取水泵存在无过载的功率曲线及高效区较宽的效率曲线;叶片旋转中心受静压较边缘低;旋转叶片速度较大;在额定流量工况下,叶轮具有较均匀的速度和流场分布规律;性能试验验证了数值模拟的正确性。研究结果为掌握泵的内部流场分布规律、改善泵的水力特性、提高泵的效率提供一定参考。     

基于正交设计法的中比转速泵无过载优化设计

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,选取导叶喉部面积、叶片数、叶片包角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角、叶轮进口直径7个参数为变量,运用正交设计法制定七因素三水平正交方案L18(37),借助数值模拟方法对泵的性能进行预测,通过分析得到了几何参数对中比转速离心泵性能影响的主次顺序:叶片数对扬程和效率的影响起主要作用,叶片包角对轴功率的影响起主要作用;正交优化方案的数值模拟结果表明,该方案既满足无过载性能的要求,又保持了较高的效率,可为中比转速离心泵无过载设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

不对称出口导流器的射流式喷灌泵优化研究

为改善射流式喷灌泵的性能,提高泵的效率。本文设计了一种有2个出口的不对称导流器,可以加快泵内的气液混合与分离。通过正交试验和数值模拟方法,得到叶轮与导流器中截面多方案的空气体积分布云图,分析其气液混合与流动规律,研究导流器出口1角度θ、导流器出口2角度α和基圆直径D3对喷灌泵性能的影响,并对数值计算结果进行极差分析。研究结果得出方案4的导流器几何参数较为合理,并进行样机试验。样机试验证明:在额定工况下,泵的效率为68.86%,比国家标准值提高7.6%,达到设计要求。     

汽车天窗导轨悬臂型材挤压模具设计及工艺参数优化

采用分流组合模具结构设计方法改进设计了某汽车天窗导轨悬臂实心型材传统的挤压模具,利用Hyper Xtrude软件,分析了挤压模具的应力状态及偏移量。以提高模具强度为指标,设计了挤压工艺参数正交试验的数值模拟方案,对试验结果进行了极差分析,得出了挤压工艺参数的最优组合。试验结果显示各挤压工艺参数与模具应力之间呈较强的线性关系,由此以正交试验数据为样本,建立了四元线性回归模型,并通过对任意组合的挤压工艺参数进行数值模拟测试,验证了回归方程的可靠性,模型为挤压工艺参数的选择提供了参考。     

带分流叶片低比转速无过载离心泵优化设计

针对TS65-40-250离心泵易过载和出现驼峰等问题,采用无过载设计法并添置分流叶片,重新选取叶轮设计参数,设计3种优化方案。采用Pro/E和ICEM分别对3种方案进行三维造型和结构化网格划分,网格总数为150万。利用商业软件CFX12.1对优化方案进行数值模拟,边界条件设定为速度进口、压力出口和无滑移壁面。采用标准k-ε模型,预测了3种方案下的外特性,分析了不同设计方案下叶轮内的压力、流线、湍动能、速度分布。通过数值模拟,得出叶轮1的水力性能和内部流动状态均较好。利用快速成型法加工叶轮1并进行试验。试验结果表明,叶轮1扬程最高高出设计参数的15%,试验效率高于国家标准2%～6%,而且有很好的无过载性能。模拟结果和实验结果表明,采用无过载设计并添置分流叶片优化方法是可行的,这种设计方法可以为低比转速无过载离心泵优化设计提供参考。     

基于AdvantEdge FEM的车刀参数优化试验研究

在金属切削加工中,刀片对切削性能具有重要影响;为实现车削45钢的切削刀片优化,以前角、刃倾角和刀尖圆弧半径作为优化变量,利用正交试验法设计试验方案;在有限元软件AdvantE dge中建立切削模型,对切削过程中的切削力和切削温度进行模拟仿真;最后以切削仿真值作为正交试验值,对切削力和切削温度分别进行极差分析和方差分析,得到最优的刀片参数方案。     

干切加工零件表面残余应力影响因素的仿真分析

基于ABAQUS的大变形分析功能,结合单因素正交试验和多元正交试验设计,模拟不同切削参数下PCBN刀具切削Cr12Mo V零件的加工过程,得到各切削参数对工件表面残余应力影响的预测模型,分析了不同切削参数对工件表面残余应力的影响规律,通过对试验结果的极差分析得到最优切削方案。模拟试验所得数据为合理选择切削参数、提高工件表面质量提供了理论依据。     

直叶片垂直轴风机气动设计参数分析

采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风机风轮进行二维非定常数值模拟,获得在不同风轮设计参数下风轮的转矩.通过以风轮功率最大为性能指标,选取对风轮功率有直接影响的叶片安装半径、叶片弦长、叶片数和叶片高度四个主要因素作为自变量,采用正交试验优化设计方法对风轮参数进行优化,对正交试验结果进行极差分析.结果表明直叶片垂直轴风机风轮空气动力性能最优的一组风轮参数为R=1.05m,N=5,C=0.14m,H=1.4m.所得到的最优解与一般优化设计所得的结果类似,能够达到对直叶片垂直轴风机风轮进行优化的目的.     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

正交试验设计的注塑成型工艺参数多目标优化设计

结合正交试验设计和注塑成型模拟软件Moldflow,对不同工艺条件下的注塑成型过程进行模拟分析,并运用模糊数学中的综合评判法,对塑件成型后的体积收缩率变化、表面缩痕指数和最大翘曲变形量三个目标值进行综合评判,得到综合评分.通过对综合评分的极差分析,确定模具温度、熔体温度、注塑时间、保压参数、冷却时间等工艺参数对综合评分的影响程度,并绘制因素水平影响趋势图,分析得出最优的注塑工艺参数组合方案,并对该工艺组合方案进行模拟验证.     

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。     

基于正交试验法的孔槽耦合端面机械密封槽参数设计

为研究机械密封端面形貌对密封性能的影响,以具有孔槽造型端面的机械密封为对象,采用正交试验法研究螺旋角、槽深、槽径比、槽数4个参数对密封性能的影响,并应用Fluent软件对不同设计方案进行数值模拟.结果表明,研究相同数量的参数时,正交试验法比单参数法可节省80％以上的工作量,是一种十分高效的研究方法.通过模拟分析,得到以质量泄漏率、摩擦力为目标函数时的最优方案.极差分析结果表明,槽径比是对密封性能影响最大的参数.     

低转速对核主泵水力性能影响的试验研究

为研究低转速对水力模型性能的影响,选择了一台核主泵水力模型样机,通过变频改变转速,进行了试验研究,分别对比了核主泵在50 Hz(1495 r/min)、40 Hz(1195 r/min)、30 Hz(895 r/min)3种不同转速下的Q-H、Q-P、Q-η曲线,运用相似比例定律,变换得到相似变换曲线,对比试验和相似变换曲线,得到结果如下:50 Hz时该水力样机的过流部件满足设计要求,其性能曲线具有混流泵的特点,无过载特性,高效区较宽,大流量时具有较高的效率;压水室截面形状对核主泵水力样机性能变化趋势影响有限,决定其性能的主要因素在于叶轮;转速改变时外特性曲线变化趋势相同,但转速降低,扬程下降缓慢,Q-H曲线相对平坦,最大轴功率点向大流量偏移,泵的总体效率下降,最高效率降低,同时高效区变窄。转速降低超过20%相似比例变换公式失效,引入了修正系数对相似变化曲线进行修正。     

基于正交试验的核主泵水导轴承润滑特性分析

为了更加准确地分析核主泵水导轴承性能,提高轴系设计的可靠性及其泵机组的安全稳定性,基于有限差分方法求解Reynolds方程,建立水导轴承的流体动力润滑仿真模型。采用正交试验方法完成以偏心率、半径间隙、长径比和转速为优化参数,以轴承承载力、功率损耗、最大液膜压力和最小液膜厚度为轴承性能指标的试验设计。通过极差分析得到各参数对水导轴承各性能影响的主次顺序和一组最优参数组合。结果表明:影响轴承承载力和功率损耗最显著的因素是转速,影响最小液膜厚度和最大液膜压力最显著的因素是偏心率。在满足多目标性能最优的条件下,综合分析该核主泵水导轴承最优设计参数组合为偏心率取0.6、半径间隙取0.3 mm、长径比取1和转速取1500 r/min。     

基于正交试验的汽车覆盖件冲压工艺参数优化

将正交试验设计方法与冲压数值模拟相结合,综合评估了冲压过程中的压边力、摩擦系数、模具间隙和冲压速度等对汽车覆盖件冲压成形质量的影响,并确定优选的工艺参数组合.以汽车翼子板为例,建立了冲压件和模具的计算机辅助工程模型.运用正交试验方法进行仿真计算方案的设计,通过对仿真数据的方差等分析,找到了最优的工艺参数组合.所得结论对冲压工艺的设计具有指导意义.     

基于正交试验的水压马达止推环参数优化

为了揭示主要几何参数对水压马达止推环功率损失的影响规律,按照L16(45)正交表,选取了腰形槽个数、腰形槽宽度、阻尼管长度等5个因素,每个因素取4个水平,设计出16种方案。采用数值模拟的方法对所设计的方案进行正交试验,得到了16种设计方案的功率损失值,并通过极差分析找到了各几何参数对止推环功率损失影响的主次顺序,提出了止推环参数的最优设计方案。根据优选结果并结合数值模拟对水压马达止推环的止推特性进行了分析,得到了适合于水压传动的剩余压紧力系数。     

高硅铝合金电火花加工的工艺参数优化设计

高硅铝电火花加工受到多个工艺参数的影响,而且各个工艺参数之间还存在着相互制约的关系。本文通过对高硅铝合金电火花加工,重点分析了间隙电压、峰值电流、脉冲宽度和加工时间对工件加工速度的影响,并对实验数据采用正交试验的方法进行处理并综合分析,得到3组最优组:直接分析最优组、极差分析最优组、曲线分析最优组,通过验证得到更优参数组。研究结果为实现高硅铝合金高效高精度的电火花加工提供了参考。