本文關(guān)鍵詞：軸流泵的葉片優(yōu)化及內(nèi)部流動特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：軸流泵是大流量泵,同時具備低揚程的特點,在國民經(jīng)濟中占有非常重要的地位,廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、城市給排水、調(diào)水工程等領(lǐng)域。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,對高性能的高比轉(zhuǎn)速軸流泵的需求也隨之增強。本文以高比轉(zhuǎn)速軸流泵模型為研究對象,采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法,研究高比轉(zhuǎn)速軸流泵內(nèi)部流動的特性,探究了高比轉(zhuǎn)速軸流泵在失速條件下的特性,并且基于Isight軟件搭建了智能優(yōu)化平臺,對高比轉(zhuǎn)速軸流泵的葉片優(yōu)化進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果有:(1)采用數(shù)值模擬計算與試驗相結(jié)合的方法,得出(0.66~0.62)QBEP(Best Efficiency Point)為高比轉(zhuǎn)速軸流泵的“馬鞍區(qū)”,通過邊界渦量流分布(BVF)、葉片表面的靜壓分布以及葉輪內(nèi)部的流線分布等方法,對高比轉(zhuǎn)速軸流泵的內(nèi)部流動進行了深入研究,獲得了高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉片做負功的區(qū)域,發(fā)現(xiàn)在“馬鞍區(qū)”內(nèi)葉片吸力面前緣處出現(xiàn)了漩渦,據(jù)此為葉片的優(yōu)化研究指明方向。(2)基于Isight軟件,通過編寫軟件接口將Catia、ICEM、CFX集成到一起,并且編寫了各個軟件的腳本命令,實現(xiàn)了軟件的后臺自啟動運行;利用Isight提供的優(yōu)化算法,搭建了集參數(shù)化造型、網(wǎng)格劃分、數(shù)值模擬計算和優(yōu)化模塊于一體的智能優(yōu)化平臺。(3)對高比轉(zhuǎn)速軸流泵葉片的二維截面進行參數(shù)化解析,采用Catia對二維截面進行完全約束,將變量以Catia提供的知識表的形式表現(xiàn)出來,實現(xiàn)高比轉(zhuǎn)速軸流泵的參數(shù)化造型。(4)采用搭建完成的智能優(yōu)化平臺,以泵的水力效率為優(yōu)化目標(biāo),揚程為約束條件,采用多島遺傳算法分別對葉片截面的進口角、出口角和最大厚度進行優(yōu)化迭代計算,結(jié)果表明:優(yōu)化后的水力效率分別提高到了82.4%和83.4%;優(yōu)化后葉片表面的BVF分布較優(yōu)化前更均勻,在0.66QBEP和0.62QBEP葉片表面的BVF正峰值區(qū)域得到了改善,葉片輪緣處的漩渦流動得到了消除;優(yōu)化后葉輪進口的速度環(huán)量較優(yōu)化前得以減小,進口回流也得到了一定的改善。此外,通過相關(guān)性分析了各個優(yōu)化變量對于目標(biāo)函數(shù)的影響。總之,本文提出的基于Isight的水力優(yōu)化方法能夠大幅減少反復(fù)造型的時間,并且可實現(xiàn)以較少的參數(shù)對葉片形狀的進行控制,能夠采用多島遺傳算法進行全局的優(yōu)化尋優(yōu),得到的滿足預(yù)期的優(yōu)化結(jié)果。本文的研究內(nèi)容和結(jié)論也可為水力機械葉片的內(nèi)部流動分析和優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：軸流泵 優(yōu)化平臺 多島遺傳算法 數(shù)值計算 參數(shù)化造型
【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】：2016
【分類號】：TH312
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 葉片優(yōu)化技術(shù)12-13
• 1.2.2 基于優(yōu)化算法和CAE的優(yōu)化方法13-14
• 1.2.3 軸流泵的內(nèi)部流場模擬14-15
• 1.2.4 多島遺傳算法的產(chǎn)生和發(fā)展15-16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 軸流泵內(nèi)部流動的數(shù)值計算及其性能試驗研究18-38
• 2.1 幾何模型18-19
• 2.2 網(wǎng)格劃分19-24
• 2.2.1 仿真模型的網(wǎng)格劃分19-20
• 2.2.2 計算方法與邊界條件設(shè)置20-21
• 2.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性分析21-22
• 2.2.4 軸流泵性能實驗及結(jié)果分析22-24
• 2.3 軸流泵內(nèi)部流動分析與診斷24-37
• 2.3.1 邊界渦量動力學(xué)24-26
• 2.3.2 BVF流動診斷及泵內(nèi)部流場分析26-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 基于Isight的優(yōu)化平臺的建立38-48
• 3.1 Isight軟件介紹38-39
• 3.2 優(yōu)化平臺的建立39-47
• 3.2.1 參數(shù)化模塊的集成39-41
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分模塊的集成41-42
• 3.2.3 CFD性能計算模塊的集成42-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第四章 軸流泵葉片的多參數(shù)優(yōu)化48-75
• 4.1 葉片的參數(shù)化造型48-52
• 4.1.1 軸流泵葉片截面的參數(shù)確定48-50
• 4.1.2 軸流泵葉片的約束與造型50-52
• 4.2 優(yōu)化算法52-55
• 4.2.1 算法描述52-55
• 4.2.2 算法參數(shù)配置55
• 4.3 葉片進、出口角的優(yōu)化55-65
• 4.3.1 葉片進、出口角的優(yōu)化策略55-56
• 4.3.2 葉片進出口角優(yōu)化的條件設(shè)置56-57
• 4.3.3 優(yōu)化結(jié)果分析57-65
• 4.4 葉片厚度的優(yōu)化65-73
• 4.4.1 葉片厚度的優(yōu)化策略65
• 4.4.2 葉片厚度優(yōu)化的條件設(shè)置65-66
• 4.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析66-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第五章 總結(jié)與展望75-78
• 5.1 研究總結(jié)75-76
• 5.2 研究展望76-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目和發(fā)表的論文85

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本文編號：358313