本文關(guān)鍵詞：低比轉(zhuǎn)速離心泵的多目標(biāo)優(yōu)化與湍流模擬方法研究

  更多相關(guān)文章： 低比轉(zhuǎn)速離心泵 數(shù)值模擬 多目標(biāo)優(yōu)化 湍流模型 局部時(shí)均化模型

【摘要】：低比轉(zhuǎn)速離心泵被廣泛應(yīng)用于小流量、高揚(yáng)程的流體輸送場(chǎng)合。但由于傳統(tǒng)的速度系數(shù)設(shè)計(jì)方法難以完全適用于低比轉(zhuǎn)速的范圍,致使現(xiàn)有的低比轉(zhuǎn)速離心泵經(jīng)常存在效率低下、工作特性不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。本文以提升低比轉(zhuǎn)速離心泵性能和穩(wěn)定性為研究目的,以一臺(tái)比轉(zhuǎn)速為17的立式管道泵為例,開(kāi)展低比轉(zhuǎn)速泵的CFD模擬、改型設(shè)計(jì)和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。首先,以提高效率為目的對(duì)低比轉(zhuǎn)速管道泵進(jìn)行了改型設(shè)計(jì),采用了長(zhǎng)短葉片的葉輪結(jié)構(gòu),并重新設(shè)計(jì)了蝸殼。數(shù)值模擬結(jié)果表明新的矩形蝸殼改善了定子與轉(zhuǎn)子的匹配性,減小了葉輪與蝸殼交界面明顯的靜壓降；新葉輪抑制了葉輪流道內(nèi)尾流的產(chǎn)生和發(fā)展,緩解了因慣性產(chǎn)生的軸向漩渦；最終的葉輪切割則在提高該泵水力效率基礎(chǔ)上又減小了圓盤(pán)摩擦損失。試驗(yàn)結(jié)果顯示各工況下改型泵的能耗都降低了2kW左右,并且在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)取得了4%以上的總效率提升。其次,為進(jìn)一步提高低比轉(zhuǎn)速管道泵的性能,開(kāi)發(fā)一個(gè)針對(duì)葉輪幾何形狀優(yōu)化的多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)。它的兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)其一為泵入口靜壓與葉輪內(nèi)的最小靜壓之差,其二為泵體所受扭矩和實(shí)際揚(yáng)程之比以及局部歐拉水頭分布曲線和其理想狀態(tài)的偏離兩者之間的加權(quán)值。開(kāi)發(fā)了葉輪幾何形狀的參數(shù)化模塊、基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)生成初始樣本的模塊、網(wǎng)格自動(dòng)生成和CFD模擬模塊、基于雙層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的近似模型模塊以及作為核心的多目標(biāo)全局優(yōu)化算法模塊等五個(gè)模塊,組成完整的多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)。經(jīng)該系統(tǒng)優(yōu)化后的泵不僅在抗氣蝕性能和水力效率上相比改型泵有了提升,同時(shí)也消除或抑制了一些我們所不期望的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。最后,為更深入地研究低比轉(zhuǎn)速離心泵內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬方法,本文推導(dǎo)了一種新的局部時(shí)均化Realizable k-ε雙方程湍流模型,以用戶自定義函數(shù)的方式在Fluent軟件平臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn),并用于計(jì)算之前改型泵的內(nèi)部流動(dòng),探討了網(wǎng)格對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,以及局部時(shí)均化模型與普通雷諾時(shí)均化模型計(jì)算結(jié)果的異同,作為之前CFD數(shù)值模擬過(guò)程合理性和是否滿足工業(yè)應(yīng)用所需精度的補(bǔ)充論述。論文結(jié)果可為低比轉(zhuǎn)速離心泵的內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的數(shù)值模擬與過(guò)流部件優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
【關(guān)鍵詞】：低比轉(zhuǎn)速離心泵 數(shù)值模擬 多目標(biāo)優(yōu)化 湍流模型 局部時(shí)均化模型
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 主要變量和符號(hào)表12-15
• 1 引言15-24
• 1.1 課題背景與意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 低比轉(zhuǎn)速離心泵研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 流體機(jī)械優(yōu)化研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.3 局部時(shí)均化湍流模型研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)22-24
• 2 低比轉(zhuǎn)速離心泵的改型24-39
• 2.1 模型管道泵介紹25-28
• 2.2 CFD數(shù)值模擬手段28-29
• 2.3 改型研究29-33
• 2.3.1 重新設(shè)計(jì)蝸殼29-31
• 2.3.2 添加偏置短葉片31
• 2.3.3 切割葉輪31-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證33-39
• 3 基于近似模型與智能算法的多目標(biāo)優(yōu)化39-62
• 3.1 優(yōu)化系統(tǒng)39-55
• 3.1.1 目標(biāo)函數(shù)與約束39-42
• 3.1.2 葉輪幾何形狀的參數(shù)化表示42-47
• 3.1.3 DOE方法的應(yīng)用與參數(shù)的選擇47-48
• 3.1.4 CFD數(shù)值模擬過(guò)程的自動(dòng)化48-51
• 3.1.5 近似模型的建立51-52
• 3.1.6 多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法52-55
• 3.2 優(yōu)化結(jié)果55-62
• 3.2.1 全局帕累托最優(yōu)解55-57
• 3.2.2 CFD驗(yàn)證結(jié)果分析57-62
• 4 局部時(shí)均化湍流模型的應(yīng)用62-78
• 4.1 Realizable PANS湍流模型的理論推導(dǎo)62-68
• 4.2 Realizable PANS湍流模型的應(yīng)用68-78
• 4.2.1 網(wǎng)格依賴性68-69
• 4.2.2 流場(chǎng)結(jié)果對(duì)比69-78
• 5 總結(jié)與展望78-81
• 5.1 總結(jié)78-79
• 5.2 展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 附錄86-90
• 致謝90-91
• 作者簡(jiǎn)歷91-92
• 發(fā)表文章目錄92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 BING Hao;CAO ShuLiang;;Multi-parameter optimization design, numerical simulation and performance test of mixed-flow pump impeller[J];中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué)(英文版);2013年09期

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本文編號(hào)：677036