离心泵多工况实验设计方法改善研究

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1、分类号TH311密级公开UDC编号硕士学位论文离心泵多工况实验设计方法改善研究
!"#$李红研究员
江苏大学流体机械工程技术研究中心%&'()*工学硕士+,-.化工过程机械/012342015年4月/056342015年6月'(789(:34江苏大学年月答辩委员会主席评阅人2015年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研

2、究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》

3、并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月离心泵多工况实验设计方法改善研究ImprovingofDesignofExperimentinCentrifugalPumpMulti-operationDesign+,-.!"#$%&!"#$'()*+
;-,-.2015年4月江苏大学硕士学位论文摘要实验设计（DesignofExperiment，DOE）是一种安排实验和分析试验数据的数理统计方法，在泵水力模型设计过程中，通过实验设计方法能够建立设计目标

4、与叶轮几何参数之间的数学模型，通过对数学模型求解，可以得到满足多工况设计要求的叶轮几何参数的定量解。采用数值模拟进行泵的性能预测和优化，再进行试验验证的方法已经得到广泛采用。因此，实验设计安排的实验方案采用数值模拟的方法进行性能预测。但是，数值模拟对泵在小流量、大流量工况下的性能预测通常会存在误差，致使通过实验设计方法建立的数学模型不准确，因此数值模拟的准确性对泵性能预测及建立准确的数学模型有重要意义。同时，数学模型建立的过程中，因子的选择、因子的水平数、因子间的交互效应等对数学模型准确性也存在重要影响。当数学模型中自变量因子较复杂及设

5、计目标较多时，直接求解数学模型得到叶轮几何参数的取值将会变得非常困难。本文对以上存在的问题进行了研究。本文主要研究内容如下：1）基于实验设计方法，对具有3个扬程设计要求的特种多级泵叶轮水力模型进行了多工况设计。建立了泵在0.3QBEP、QBEP、1.2QBEP流量下扬程与叶轮几何主要参数之间的数学模型，根据数学模型及叶轮几何参数对性能的影响规律，对设计的叶轮进行优化，并对最优叶轮的水力性能进行了试验验证。对设计过程中存在的问题进行了分析，由于泵扬程预测数值模拟及所建立的数学模型不够准确，致使设计的叶轮在QBEP、1.2QBEP流量下未能

6、达到设计要求。2）通过湍流模型的选择，开展了不同湍流模型对泵扬程性能预测准确性研究。介绍了雷诺应力类、涡粘性类湍流模型具有的特点、适用条件及在泵性能预测中存在的不足。研究雷诺应力类与涡粘性类湍流模型对泵扬程进行性能预测时之间存在的区别及其适用性；针对泵在不同流量下，如何选择有效的湍流模型，以使扬程性能预测结果更准确，提出了选择方法，并进行了实例验证。3）通过3因子3水平完全析因实验与3因子2水平完全析因实验进行对比的方法对提高数学模型准确性的方法进行研究，并对数学模型的准确性进行了实验I离心泵多工况实验设计方法改善研究验证。主要研究了在

7、数学模型建立的过程中，模型的建立方法、因子的选择、因子间的交互效应等对数学模型准确性的影响。4）在modeFRONTIER优化设计平台基础上，结合DOE方法建立的数学模型，进行泵的多工况优化设计。以模型泵SM73-70满足3个扬程设计要求为例，通过对数学模型中的叶片数、出口宽度、出口角进行自动赋值，以设计要求作为约束条件，对结果进行了自动筛选，得到了满足设计要求的叶轮几何参数。关键词：泵；扬程；多工况设计；湍流模型；性能预测；数学模型；叶轮；几何参数II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTDesignofexperimentisamat

8、hematicalstatisticalmethodbyarrangingexperimentandanalyzingexperimentresults.Itcanbeestablishedthatthed