一种导叶式离心泵多工况水力设计方法

摘要

本发明公开了一种导叶式离心泵多工况水力设计方法，主要包括以下几步：对导叶式离心泵的设计工况进行比转数求解，选取比转数属于中比转数的设计工况进行设计；采用试验设计方法对叶轮和导叶进行多方案设计并采用CFturbo造型；对模型进行网格划分并采用CFX对方案进行数值模拟，读取扬程和效率值，并对扬程与流量之间进行函数拟合；对设计参数点的扬程与流量之间进行函数拟合，以拟合函数的系数为设计目标，以输入的主要几何参数为输入值，采用Kriging模型建立近似响应模型，结合多目标遗传算法对近似响应模型进行快速计算，得到最优值。本发明能快速地完成对导叶式离心泵多工况水力设计要求，也可以应用到其他导叶式离心泵的多工况水力设计中。

主权项

一种导叶式离心泵多工况水力设计方法，包括如下步骤：步骤一：根据导叶式离心泵的设计要求选定三个设计工况，分别计算了三个工况下的比转数；步骤二：对导叶式离心泵的叶轮和导叶的主要几何参数D_j、D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、b₃、D₄、b₄、α₃、θ进行多方案设计；其中各参数含义如下：叶轮进口直径D_j，叶轮出口直径D₂，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶片包角叶片出口宽度b₂，导叶进口直径D₃，导叶进口宽度b₃，导叶出口直径D₄，导叶出口宽度b₄，导叶进口安放角α₃，导叶扩散角θ；步骤三：用CFturbo软件对叶轮及导叶进行快速造型，保存为*.stp文件，将*.stp文件导入到ICEM软件进行结构化网格划分，网格为*.cfx5文件，将*.cfx5导入到CFX软件中进行不同工况的定常数值模拟计算并获得扬程；步骤四：对计算得到的扬程和效率值与流量进行函数拟合，得到函数系数；H＝AQ²+BQ²+C；式中：A、B和C为拟合函数系数，H和Q含义分别为：扬程H，流量Q；步骤五：采用Kriging模型建立拟合函数系数与主要几何参数之间的近似模型；A＝f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)；B＝f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)；C＝f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)；步骤六：对设计工况的扬程和效率值与流量进行函数拟合，得到函数系数；H_d＝A₁Q_d²+B₁Q_d²+C₁；式中：Q_d为流量，单位m³/h；H_d为扬程，单位m；A₁、B₁和C₁为拟合函数系数；步骤七：为了满足设计要求，设置新的响应模型：A'＝(A‑A₁)²＝(f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)‑A₁)²；B'＝(B‑B₁)²＝(f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)‑B₁)²；C'＝(C‑C₁)²＝(f(D₂、β₁、β₂、b₂、D₃、α₃、θ)‑C₁)²；并采用多目标遗传算法求解响应模型的最小值；步骤八：根据叶轮和导叶的最优值进行三维造型，并进行数值模拟，看能否达到设计要求，若达到设计要求，可进行试验验证，若没有达到，重复步骤二至步骤七。