本文關鍵詞：基于遺傳算法的中低比轉速離心泵優(yōu)化設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,中低比轉速離心泵廣泛應用于煤油、石油、化工等多個領域,但普遍存在效率不高問題。然而,由于全球能源日益緊缺,因此提高離心泵效率,降低研究成本迫在眉睫。近年來,隨著CFD技術的發(fā)展,對于葉片機械內流場三維粘性的數(shù)值分析,已經(jīng)相對成熟,且取得了很大的成效。為擴大CFD技術的應用范圍,再不能僅僅局限于對離心泵內部流場的研究和分析,而要與優(yōu)化算法相結合來提高離心泵的效率、減小流動損失。本文結合CFD技術對離心泵進行了優(yōu)化,以實現(xiàn)提高離心泵效率的目標。葉輪作為離心泵能量交換的最主要部分,對其直接采取水力優(yōu)化不僅可節(jié)約資源而且同樣可達到離心泵優(yōu)化的要求。文章針對中低比轉速離心泵的結構特點,以水力效率為目標,結合遺傳算法對KQNW200/400-75葉輪展開研究。本文主要內容和研究成果如下:1.為了得到水力效率最優(yōu)模型,本文針對中低比轉速離心泵性能和葉輪的特點,采用損失極值的優(yōu)化方法來建立以損失極值為目標的優(yōu)化模型,通過泵各性能參數(shù)以及葉輪水力參數(shù)之間的相互制約來設定約束條件。運用MATLAB遺傳算法工具箱對模型各出口幾何參數(shù)進行全局尋優(yōu),得到最佳的參數(shù)組合。再對優(yōu)化后的參數(shù)組合進行重新水力設計得到新模型葉輪,最后對優(yōu)化前后的葉輪進行整機模擬(相同計算模型),并借助優(yōu)化前已有實驗性能參數(shù)來進行模擬結果的誤差分析,得到優(yōu)化后的離心泵模擬值較優(yōu)化前揚程提高了3.85m,約提高了7.9%,效率提高了2.83個百分比,約提高了3.5%。對比優(yōu)化前后葉輪在中間截面上的壓力云圖和速度流線圖,可以看出流道內流動較優(yōu)化前平緩過渡,漩渦明顯改善。2.為了研究出口寬度對離心泵性能的影響,分別對優(yōu)化后葉輪出口寬度b2在一定范圍內取值為b2±1mm、b2+3mm,對葉輪重新建模,網(wǎng)格劃分,整機模擬多個工況點性能曲線。針對新模型在0.8Q,1.0Q,1.2Q三個工況點進行葉輪和蝸殼內流場分析,得到出口寬度在一定范圍內的變化對離心泵性能影響不大。用同樣的數(shù)值流動模型對葉片數(shù)變化對離心泵性能的影響進行預測,得到離心泵葉輪內流體隨著葉片數(shù)的增加其受到作用力和約束越大,而導致其揚程增大。葉片數(shù)太小,離心泵葉輪進口處將存在漩渦,且對應的靜壓較低,而葉片數(shù)過多則會導致?lián)p失增大,易發(fā)生汽蝕等現(xiàn)象,從而導致?lián)P程、效率曲線曲率變化較大,運行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。
【關鍵詞】：離心泵 葉輪 優(yōu)化設計 遺傳算法 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題研究背景及意義10-11
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 離心泵設計研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 離心泵優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀12-15
• 1.4 研究內容及方法15-16
• 1.5 本章小結16-17
• 第二章 泵內部流場計算及分析17-33
• 2.1 計算模型及網(wǎng)格劃分17-21
• 2.1.1 葉輪三維實體建模17-18
• 2.1.2 蝸殼實體建模18-19
• 2.1.3 離心泵整機三維實體模型19
• 2.1.4 離心泵三維實體模型的網(wǎng)格劃分19-21
• 2.2 數(shù)學模型的建立21-28
• 2.2.1 流體力學控制方程21-24
• 2.2.2 湍流數(shù)值模擬理論及方法24-26
• 2.2.3 兩方程模型（k-ε）26-27
• 2.2.4 流動方程的數(shù)值離散27-28
• 2.2.5 流場數(shù)值計算的主要方法28
• 2.3 邊界條件的設置28-29
• 2.3.1 進口邊界條件28-29
• 2.3.2 出口邊界條件29
• 2.3.3 壁面以及交界面條件29
• 2.4 性能預測29-30
• 2.5 模擬結果分析30-32
• 2.6 本章小結32-33
• 第三章 離心泵葉輪參數(shù)優(yōu)化33-48
• 3.1 優(yōu)化算法33-35
• 3.1.1 遺傳算法簡介33-34
• 3.1.2 遺傳算法的特點34
• 3.1.3 遺傳算法的實現(xiàn)34-35
• 3.2 優(yōu)化設計方案35-39
• 3.2.1 建立優(yōu)化模型35-37
• 3.2.2 約束條件37
• 3.2.3 遺傳算法優(yōu)化的實現(xiàn)37-39
• 3.3 優(yōu)化前后內流場分析39-46
• 3.3.1 葉輪內流場分析40-43
• 3.3.2 蝸殼內流場分析43-46
• 3.4 優(yōu)化前后性能曲線對比46
• 3.5 本章小結46-48
• 第四章 葉輪出口幾何參數(shù)對離心泵性能的影響48-64
• 4.1 葉輪的特性方程48-49
• 4.2 葉輪出口寬度對泵性能的影響49-58
• 4.3 葉片數(shù)Z對離心泵性能的影響58-63
• 4.4 本章小結63-64
• 結論與展望64-66
• 1.結論64-65
• 2.工作展望65-66
• 參考文獻66-70
• 致謝70-71
• 附錄A 攻讀碩士學位期間取得的科研成果71

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本文編號：252722