离心泵叶轮计算机辅助几何设计

改进离心泵叶轮的设计方法和设计手段是改进离心泵性能和提高离心泵效率的重要途径。本文在分析了目前的离心泵叶轮几何设计方法缺陷的基础上，给出了一种新的离心泵叶轮的计算机辅助几何设计方法，并在计算机上实现。该方法改善了叶轮的水利学性能，设计出的离心泵叶轮的轴面流线光顺，流道的过水断面面积变化规律符合设计要求，设计精确性和设计工作效率均大为提高。由于受篇幅所限，本文仅简述该设计方法的基本思想。     

基于速度系数法和型线方程相结合的螺旋离心泵叶轮设计方法

针对螺旋离心泵采用速度系数法和采用型线方程进行设计中所存在的问题,根据螺旋离心泵叶轮结构特点,结合速度系数法设计方法和型线方程的螺旋离心泵设计方法,绘制螺旋离心泵的轴面投影图,检查轴面流道过水断面变化情况,将所绘制的轴面投影图上的所需结构参数值代入型线方程.此方法既避免了采用速度系数法进行水力设计时作图的繁杂和叶轮进出口附近区域流线分点不易确定和难以划分轴截面的欠缺,又避免了型线方程由于没有检查轴面流道过水断面变化情况而可能出现的轴面速度不均匀的情况.通过实例给出了此方法的的具体应用,并绘制出三维型线和三维模型.     

基于UG的离心叶轮轴面流道绘制软件开发

以UG作为二次开发平台,采用UG/Open API、Menscrip和MFC联合开发方法,研究基于离心泵一元理论设计的轴面流道的绘制方法.利用MFC开发工具完成对话框的设计并生成程序设计框架,在程序框架中编写叶轮基本尺寸计算程序;建立样板模型并添加几何约束和尺寸约束,通过修改相应参数完成轴面流道的绘制;最后根据几何关系,分内切圆与两直线相切、内切圆与两圆弧相切、内切圆与圆弧直线相切3种情况,计算轴面流道过水断面面积、内切圆圆心和半径等参数,绘制内切圆和过水断面面积沿流道中线变化曲线,完成轴面流道过水断面变化情况检查.文章提出样板模型的约束设置方法,实现了轴面流道的绘制,为开发二维水力设计和三维造型集于一体的软件打下了基础.     

螺旋离心泵叶轮轴面流道的计算机辅助设计

基于离心泵叶轮轴面流线的一般设计方法,建立了螺旋离心泵叶轮轴面流线的数学模型,并利用VB语言链接AutoCAD绘图工具编制了螺旋离心泵水力CAD软件,通过对螺旋离心泵叶轮轴面流道前后盖板的流线设计、流道过流断面面积检查以及流道中间流线等实际计算验证,其结果表明方法可行、精度高、速度快.     

叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵性能的影响

以超低比转速离心泵水力模型M23-12.5为研究对象,借助流体动力计算的数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型封闭时均N-S方程组,在保证叶轮叶片数不变的前提下,通过改变影响叶轮流道扩散度的两个重要因素,即叶片包角和叶片出口排挤系数,来比较分析不同叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵外特性参数和内部流场分布的影响.研究结果表明,叶片包角的增大和叶片出口排挤系数减小(叶片厚度变大)都会减小叶轮流道的扩散度,从而减小离心泵的轴功率,提高效率.过大的叶片包角会增大液体与叶片的接触面积,进而增大摩擦损失,使得轴功率增大,效率降低.该结论将为超低比转速离心泵的设计提供参考.     

基于CFD的中高比转速离心泵叶轮的设计方法

采用了一元理论和二元理论有势流动规律2种设计方法,对中高比转速离心泵叶轮进行水力设计.采用Flu-ent数值模拟,分别计算叶轮叶片的轴面速度和速度矩,通过分析叶片的轴面速度分布曲线和速度矩分布曲线,验证基于一元理论的叶片轴面速度并非沿过水断面均匀分布,二元理论有势流动设计方法可以设计出叶片内大部分流体满足轴面流动为有势流动的叶轮,但是设计方法尚不成熟.通过CFD计算可以得到泵的特性曲线,采用一元理论设计的叶轮的水力性能好于采用二元理论设计的叶轮,在用二元理论进行叶轮的水力设计中,速度矩分布规律曲线的选取对叶轮的水力性能影响很大.     

离心叶轮轴面液流过水断面面积解析

在传统的叶轮轴面投影图设计方法中,通常是以生成轴面液流过水断面形成线的等腰三角形的重心代替形成线的重心,因而只能得到过水面积的近似解。笔者以线积分和重心定理为依据,通过数学分析,导出了形成线重心的准确位置,保证了断面面积的精确性。这一结果将有助于提高叶轮设计质量及其水力性能。     

离心泵叶轮轴面流道约束建模及其初值计算

提出了描述离心泵叶轮轴面流道的通用约束模型，给出了获得满意初始模型的数值解法，因此避免了“内切圆校正法”中型线调整和面积计算等方面的不足，为离心泵叶轮CAD提供了一种有效的轴面流道建模方法。     

离心泵输送粘性流体时叶轮出口宽度的设计

粘性流体在离心泵内流动时，叶轮流道内附面层变厚，流动排挤作用增强，在计算分析叶片边界层厚度的基础上，建立了新的叶轮出口宽度设计方法，针对一种离心泵，在一定输送介质粘度范围内，设计了3种不同出口宽度的离心叶轮，实验研究了叶轮出口宽度对离心泵性能的影响，并与常规的离心水泵叶轮进行性能对比，验证了输送粘性流体时叶轮出口宽度的设计新方法。     

复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析

建立了一个衡量离心泵叶轮短叶片偏置设计的准则:短叶片的布置位置应使叶轮流道内可能出现的回流区域为最小的原则.依此原则,文中以滑移理论为工具,实例分析计算了短叶片在不同偏置位置时叶轮内部的回流情况,进而得到了离心泵叶轮短叶片应偏置的最佳位置.该例的计算结果和从中所得结论与实测数据和结果完全吻合.     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的低比转速离心泵多目标寻优

为了提高低比转速离心泵的水力效率和扬程,选取比转速为30的某一低比转速离心泵为研究对象,以离心泵的扬程和水力效率最大值作为优化目标,采用离心泵基本方程与Plackeet-Burman试验相结合的方法进行参数筛选,最终选取离心泵叶轮的叶片出口安放角、叶片包角和叶片出口宽度作为优化变量.在优化过程中,采用最优拉丁超立方设计方法安排了30组试验,利用RBF神经网络模型拟合出优化目标与变量之间的近似模型,并运用基于NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标寻优.优化结果表明:优化后的叶轮扬程基本没有变化,水力效率提高了5.82%,消除了流量-扬程曲线的驼峰现象,使离心泵的运行更加稳定;优化后叶轮流道内的压力梯度减小,漩涡的发生区域及大小也有不同程度的改善;叶轮流道内湍流区域分布均匀,叶片做功能力增强,水力效率得到提高.     

离心泵叶轮平面图及木模图的计算机辅助设计

采用数值计算方法，推导出离心泵叶轮平面图和木模图上各个坐标系的计算公式，并在此基础上编写了叶轮平面图及木模图的计算机辅助设计程序。该设计程序既可作为旧叶轮的改进或新叶轮的设计，也可作为叶栅流场分析的子程序，为叶片优化设计提供依据．大大提高叶轮平面图及木模图的设计质量和设计速度     

设计蜗壳式混流泵的一种新方法

本文给出了蜗壳式混流泵的准二元理论设计方法;推导了叶片轴面流线方程;分析了设计原理和计算方法。文中以比转数为400的混流泵作实例,在计算机上算出了结果。     

离心泵叶轮轴面投影图的计算机辅助设计

针对传统离心泵轴面投影图的准确性差、制作繁琐费时的缺点，对叶轮轴面投影图所涉及的参数进行了数值分析，推导出了相应的解析方程式，并在此基础上编写了轴面投影图的计算机辅助设计程序。本程序可作为叶栅流场分析的子程序，为叶片优化设计提供依据。     

叶片包角对组合叶轮离心泵工作特性的数值研究

为了获得某型组合式叶轮航空燃油离心泵不同叶片包角下的工作特性,对其内流场特性进行数值模拟研究。分别采用定点法和曲线拟合法建立了组合式叶轮的三维模型;利用Pump Linx软件对泵的内流场和出口工作压力特性进行数值仿真计算;在进行样机试验验证数值模拟方法准确性的基础上,基于原包角参数设计基础上增大和减小叶片包角下,进行离心泵的内流场及压力特性研究。仿真结果表明:随着包角增大,叶轮流道内摩擦力的升高导致离心泵增压能力下降;而叶片包角减小,叶轮出口相对速度液流角增大,对泵的增压能力产生积极作用。在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在使得泵性能最优的叶片包角,所给出数值模拟方法可用于指导离心泵的工程设计与优化。     

叶片进口边位置对船用离心泵性能数值模拟与试验对比

为了研究叶片进口位置对船用离心泵内部流动和性能的影响。针对一国内生产的NSL125-415/A02型船用离心泵,在不改变原始叶轮设计的基础上,运用泵与旋转机械专业设计工具CFturbo分别将叶片进口边两次前移和两次后移,设计了四种新的叶型。然后采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟计算了5组(包括原型泵)不同工况下的船用离心泵内流场,对比了不同位置叶片进口边对船用泵流量-扬程、流量-效率等外特性曲线以及叶轮内部流场在不同工况下的流动分布,并且将原型泵数值计算结果与试验进行了比对。结果表明：适当将叶片进口边位置向叶轮轮毂处偏移,可以相对改善叶轮内部流场分布情况,降低叶轮出口位置附近湍动能强度;在一定范围内,随着叶片进口边位置向轮毂处偏移,船用离心泵扬程有所提高,整体效率略有增加,且高效区域面积变大;通过与试验对比,运用数值计算方法来预测船用离心泵内部复杂三维流动是可行的。     

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。     

离心泵旋转叶轮内部流场变分有限元解及粘性修正

本文探索研究离心泵旋转叶轮内部流场的数值模拟,为在水泵内部流场计算设计领域引进和推广有限元法提供一种有效手段,同时为水泵叶轮反问题计算设计、优化设计及CAD打下一个良好基础.计算结果表明:本文所建立的计算方法是可行的.     

水力机械内部流态油膜法流动可视化

本文就油膜法的应用,对油膜性态和涂料配方进行了试验研究,给出了两种可用于水力机械内部流态显示的聚胺脂涂料配方。应用该配方涂料,得到了水轮机导叶端面间隙内水流流态的油膜图象和离心泵叶轮流道内的水流相对运动迹线。