基于CFD的低比转速离心泵叶片结构优化研究

发布时间：2023-04-25 22:30

　　叶片是旋转机械设备的重要零部件,对设备性能的高低起至关重要作用。在水利、民用、国防等领域有广泛的使用范围。随着工业的进步及《中国制造2025》的提出,叶片设计与制造将迎接更高的要求,设计性能更加优越、能源利用效率更高的叶片是必然要求。为此,本文对叶片平面形状及空间面型进行优化设计研究,并研究了叶片表面质量对设备性能的影响。本文以计算流体力学为基础,运用CFD数值模拟技术,结合离心泵外部特性初始试验,对ET3型车用离心冷却泵叶片进行优化设计。优化工作开展前进行离心泵性能测量试验,获得数值模拟的对比数据。建立数值模型,分别从网格无关性、动静边界位置、流场定常与非定常计算等几个方面进行研究,对比测量试验数据,确保计算模型的准确性。开展了对离心泵叶片平面形状的优化研究工作。为提升优化系统的自动化程度及优化效率,将网格变形技术引入到优化平台中。设计了基于试验设计方法、近似模型构建、智能优化算法、网格变形技术的优化系统。选取BBD试验设计方法进行样本点获取;利用改进响应面方法构建样本点与响应之间的近似模型,并利用样本点信息对近似模型的类型进行评估,选取拟合效果最优的二次型拟合函数;利用不同类型的测...

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 离心泵流场研究
        1.2.1 离心泵内部流动理论与试验研究
        1.2.2 离心泵流场数值模拟分析
    1.3 叶片优化研究
        1.3.1 基于CFD参数化全局优化设计方法
        1.3.2 基于伴随方法的优化研究
    1.4 叶片表面粗糙度对离心泵性能的影响研究
    1.5 本文研究内容
第2章 离心泵水利性能数值分析及试验
    2.1 离心泵性能测试试验
        2.1.1 试验方法及设备
        2.1.2 试验方案及结果
    2.2 数值模型选择及网格无关性检查
        2.2.1 湍流模型选择
        2.2.2 边界条件设置
        2.2.3 网格划分及其无关性检查
    2.3 滑移界面位置对离心泵数值计算的影响
    2.4 流场定常与非定常计算分析
    2.5 本章小结
第3章 基于改进响应面方法对离心泵叶片平面形状优化设计
    3.1 平面叶片形状优化设计方案
        3.1.1 优化方案制订
        3.1.2 网格变形技术及结构变化
        3.1.3 叶形参数对离心泵性能的影响及优化对象选择
    3.2 平面叶片形状优化技术及实现
        3.2.1 BBD试验设计方法及使用
        3.2.2 基于改进响应面方法的模型建立与评估
    3.3 考虑叶片平面形状对离心泵性能影响的优化设计
        3.3.1 目标函数及优化算法评估
        3.3.2 叶片优化设计平台
        3.3.3 优化结果分析
    3.4 本章小结
第4章 基于伴随方法的叶片面型优化设计
    4.1 叶片面型优化设计方案及优化算法
        4.1.1 叶片面型优化设计方案
        4.1.2 伴随方法基本原理
    4.2 优化关键技术实现
        4.2.1 寻优算法及其评估
        4.2.2 优化目标函数
        4.2.3 敏感度可视化分析
    4.3 叶片面型优化及分析
        4.3.1 优化平台与优化过程
        4.3.2 优化结果分析
    4.4 本章小结
第5章 叶片表面粗糙度对离心泵性能影响的数值分析
    5.1 叶片表面粗糙度成因
        5.1.1 表面加工粗糙度
        5.1.2 离心泵空蚀机理及对叶片表面粗糙度影响
    5.2 叶片表面粗糙度对离心泵性能影响的数值模型
        5.2.1 湍流模型选择及近壁面处理
        5.2.2 粗糙度影响计算模型
        5.2.3 粗糙度参数设定
    5.3 叶片表面粗糙度对离心泵性能的影响分析
        5.3.1 叶片表面整体粗糙度对离心泵性能的影响
        5.3.2 承压面与背压面表面粗糙度对离心泵性能的影响
        5.3.3 承压面不同区域表面粗糙度对离心泵性能的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3801186