【摘要】：混流泵作為一種綜合了離心泵和軸流泵優(yōu)點的泵型,具備揚程變化范圍大、高效區(qū)寬等優(yōu)點,具有良好的應(yīng)用前景。但就其葉片設(shè)計而言,目前尚未形成一套成熟完善、可遵循的設(shè)計準則。且在已有的對混流泵的優(yōu)化設(shè)計中用到最多的是確定性的單點優(yōu)化,也有少量的多點優(yōu)化,這些優(yōu)化均未考慮像工況參數(shù)隨機波動等不確定因素的影響,致使傳統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果僅在某個特定的離散工況點下是最優(yōu)的。當工作條件發(fā)生隨機變化時,泵的性能就可能會急劇惡化,不能滿足穩(wěn)定性及節(jié)能降耗的要求。因此,基于上述存在的不足,建立一種新的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并開展將不確定因素考慮在內(nèi)的混流泵優(yōu)化設(shè)計研究,以得到更接近于實際的魯棒最優(yōu)解,具有重要的意義。本文以上海某泵企中一比轉(zhuǎn)速為520.17的導(dǎo)葉式混流泵為研究對象,對其開展了一種新穎的魯棒優(yōu)化設(shè)計研究。主要的研究工作及結(jié)論如下:1.原始導(dǎo)葉式混流泵變工況條件下內(nèi)流場的數(shù)值模擬計算。首先,依據(jù)設(shè)計得到的原始混流泵的結(jié)構(gòu)參數(shù),對其進行了三維建模、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性檢驗;其次,基于CFD計算和泵企中對該實體泵的實驗數(shù)據(jù),完成了三種湍流模型間的對比與選取工作;最后,依據(jù)上述確定好的數(shù)值模擬方法,對0.8Q_N、1.0Q_N、1.2Q_N和1.4Q_N工況條件下泵內(nèi)的流場特性進行對比分析。研究表明:當泵在偏離最佳工況點運行時,工況參數(shù)的變化會加劇泵內(nèi)不良流動的發(fā)生,造成泵內(nèi)流體流動不穩(wěn)定及較大的能量損耗,且會使泵在工作中性能降低的同時也表現(xiàn)出極度不穩(wěn)定性。2.魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立和實驗驗證。首先,在對魯棒優(yōu)化問題及魯棒性的概念進行介紹的基礎(chǔ)上,提出了一種新的魯棒性評價方式并對其定義進行了數(shù)學(xué)描述。其次,針對工況參數(shù)在一定區(qū)間中發(fā)生隨機不確定波動的情形,建立了一種魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。為無限逼近魯棒優(yōu)化指標,在建模過程中將優(yōu)化問題分解為了魯棒子優(yōu)化和最優(yōu)子優(yōu)化問題。最后,基于該魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,在對791翼型的水動力性能指標進行不確定分析的基礎(chǔ)上,對翼型的形狀進行了優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果進行了數(shù)值模擬和水洞PIV實驗驗證。研究表明:數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果高度吻合,由此可知優(yōu)化結(jié)果是正確的,所構(gòu)建的魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型也是合理可靠的。3.混流泵葉輪魯棒優(yōu)化設(shè)計中優(yōu)化目標與優(yōu)化變量間代理模型的建立。首先,基于葉片二元設(shè)計理論,選取控制速度矩變化規(guī)律的一無量綱四次多項式中的3個參數(shù)作為優(yōu)化變量,來間接控制葉片的形狀;其次,將上述建立好的魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型運用到混流泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計中,并以此確定了優(yōu)化目標;最后,結(jié)合均勻試驗設(shè)計法、CFD計算和不確定分析,構(gòu)建了目標與變量間的三種代理模型,并在給出模型預(yù)測效果評價準則的基礎(chǔ)上,對比分析了三種模型的預(yù)測能力。研究表明:RSM代理模型具有更好的預(yù)測精度,可將其作為下文尋優(yōu)操作中的適應(yīng)度評判函數(shù)。4.混流泵葉輪魯棒優(yōu)化設(shè)計中的多目標遺傳算法尋優(yōu)計算。首先,在對多目標優(yōu)化問題和多目標遺傳算法介紹的基礎(chǔ)上,給出了混流泵葉輪魯棒優(yōu)化的具體流程圖;其次,將RSM代理模型與多目標遺傳算法進行組合,基于MATLAB平臺在可行解空間中尋找魯棒最優(yōu)解。最后,將優(yōu)化前后混流泵的性能進行了對比分析。研究表明:本文所構(gòu)建的魯棒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型對在不確定環(huán)境中運行的混流泵同樣具有良好的優(yōu)化效果,其可以同時提高泵在變工況條件運行過程中水力性能、內(nèi)流場的最優(yōu)性和穩(wěn)定性,且使其受工況參數(shù)變動的影響程度減弱。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH313
【圖文】：

（b）導(dǎo)葉木模圖圖 2.1 原始混流泵葉輪和導(dǎo)葉木模圖Fig. 2.1 The sketch of the original impeller and guide vane 模型建立及網(wǎng)格劃分.1 計算域建立進口段導(dǎo)葉段葉輪段出口段圖 2.2 原始導(dǎo)葉式混流泵計算域Fig. 2.2 Calculation region of the original mixed-flow pump

（b）導(dǎo)葉木模圖圖 2.1 原始混流泵葉輪和導(dǎo)葉木模圖Fig. 2.1 The sketch of the original impeller and guide vane建立及網(wǎng)格劃分域建立

(d) 出口段網(wǎng)格圖 2.3 計算域各部分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格示意圖Fig. 2.3 Structured mesh of each computational domain度對數(shù)值計算結(jié)果有較大影響，只有當網(wǎng)格數(shù)的增加對計算結(jié)為此時數(shù)值模擬計算的結(jié)果是有意義的。因此，本文對 6 種不

【參考文獻】

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本文編號：2745102