基于CFD的低比转速离心泵叶片结构优化研究

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1、分类号：V232单位代码：10183研究生学号：2010411031密级：公开基吉林大学博士学位论文基于CFD的低比转速离心泵叶片结构优化研究STUDYONSTRUCTUREOPTIMIZATIONOFLOWSPECIFICSPEEDCENTRIFUGALPUMPBLADEBASEDONCFD作者姓名：蒋鑫专业：机械制造及其自动化研究方向：水利机械叶片优化指导教师：张雷培养单位：机械科学与工程学院2018年6月————————————————————————————————基于CFD的低比转速离心

2、泵叶片结构优化研究————————————————————————————————STUDYONSTRUCTUREOPTIMIZATIONOFLOWSPECIFICSPEEDCENTRIFUGALPUMPBLADEBASEDONCFD————————————————————————————————作者姓名：蒋鑫专业名称：机械制造及其自动化指导教师：张雷教授学位类别：工学博士论文答辩日期：2018年6月4日授予学位日期：年月日姓名职称工作单位主席：杨兆军教授/博导吉林大学委员：吴一辉教授/博导中国科

3、学院长春光学精密机械与物理研究所曹国华教授/博导长春理工大学呼咏教授/博导吉林大学冀世军教授/博导吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任

4、何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研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：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊(光盘版)电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNK

5、I系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：机械制造及其自动化论文题目：基于CFD的低比转速离心泵叶片结构优化研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址(邮编)：长春市人民大街5988号,吉林大学机械科学与工程学院(130025)作者联系电话：摘要叶片是旋转机械设备的重要零部件，对设备性能的高低起至关重要作用。在水利、民用、国防等领域有广泛的使用范围。随着工业的进步及《中国制造2025》的提出，叶片设计与制造将迎接更高的要求，设计性能更加优越、能源利用效率更

6、高的叶片是必然要求。为此，本文对叶片平面形状及空间面型进行优化设计研究，并研究了叶片表面质量对设备性能的影响。本文以计算流体力学为基础，运用CFD数值模拟技术，结合离心泵外部特性初始试验，对ET3型车用离心冷却泵叶片进行优化设计。优化工作开展前进行离心泵性能测量试验，获得数值模拟的对比数据。建立数值模型，分别从网格无关性、动静边界位置、流场定常与非定常计算等几个方面进行研究，对比测量试验数据，确保计算模型的准确性。开展了对离心泵叶片平面形状的优化研究工作。为提升优化系统的自动化程度及优化效率，将网

7、格变形技术引入到优化平台中。设计了基于试验设计方法、近似模型构建、智能优化算法、网格变形技术的优化系统。选取BBD试验设计方法进行样本点获取；利用改进响应面方法构建样本点与响应之间的近似模型，并利用样本点信息对近似模型的类型进行评估，选取拟合效果最优的二次型拟合函数；利用不同类型的测试函数分别对遗传算法、粒子群算法、基于遗传算法的蝙蝠算法进行测试评估，依据测试结果选取基于遗传算法的蝙蝠算法作为系统的优化算法。利用优化系统对叶片平面形状进行优化，选取叶片结构控制顶点位移为设计变量，离心泵扬程及效率为

8、优化目标，对优化结果进行对比分析，优化效果明显，优化工作效率提升。开展了对离心泵叶片空间面型的精细化优化研究工作。基于伴随方法的优化设计系统优化效率更高，优化系统相比传统方法不再关注设计变量数目的多少，也不需要较多的样本信息，只需要流场信息和伴随方程的求解，即可获得基于流场信息的目标函数对设计变量的敏感度，相比传统方法计算量急剧下降。搭建了基于伴随方法、梯度优化算法、网格变形技术及CFD技术的优化平台；推导了目标函数对网格变形点位移的梯度；利用测试函数分别对共轭梯度算法中FR、PR