缝隙引流叶轮的优化设计.pdf

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1、第20卷第2期上海天报(自然科学版)Vb1．20N0．220143-4月JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)ADr．2014DOI：10．3969／j．issn．1007—2861．2013．07．008缝隙引流叶轮的优化设计孙涛，陈红勋，朱兵，张维勇(上海大学上海市应用数学和力学研究所，海200072)摘要：以带缝隙引流叶片的低比转速离心泵叶轮为研究对象，研究了缝隙引流叶片的位置对低比转速离心泵水力性能的影响．基于叶片参数化设计、网格划分、CFD(computationalfluiddynamics)计算和后处理过程全自动集成的优化平台，以离

2、心泵叶轮水力效率最大化为目标函数，采用实验设计法(designofexperiments，DOE)和序列二次规划法(sequentialquadraticprogramming，SQP)~II合策略进行优化设计．将优化后得到的新叶轮和原始叶轮进行对比分析发现，优化后泵流道内堵塞情况减少，扬程提高，0．6Q工况以后优化叶轮的效率比原始叶轮高，同时最高点效率提高了2％以上．研究结果表明，该设计方法切实可行．关键词：低比转速；缝隙引流叶片；参数化；优化设计；组合策略中图分类号：TH311文献标志码：A文章编号：1007-2861f2014)02—0207—07OptimalDesignofCentr

3、ifugalPumpswithGapDrainageBladesSUNTao，CHENHong—xunZHUBing，ZHANGWei—yong(ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Theimpactofgapdrainageblades’positiononthehydraulicperformanceofalowspecificspeedcentrifugalpumpisstudied．Afullyautomaticintegra

4、tedoptimizationplatformisused，whichincludesbladesparametricdesign，meshing，computationalfluiddynamics(CFD)calculationsandpost—processing．Thehydrauliceficiencymaximizationofacentrifugalpumpimpelleristakenastheobjectivefunction．Designofexperiments(DOE)andsequentialquadraticprogramming(SQP)areusedforopt

5、imaldesign．Thecomparisonbetweentheoptimalimpellerandtheoriginalimpellershowsthatthejamefecthasbeenreduced，andtheheadimproved．Specifically，eficiencyoftheoptimalimpellerishigherthantheoriginalafterthecondition0．6Q．andthemaximumeficiencypointisimprovedby2％．Theresultsindicatefeasibilityofthedesignmethod

6、．Keywords：lowspecificspeed；gapdrainageblade；parameterization；optimaldesign；combinedstrategy在叶片式水泵中离心泵应用较为广泛．据统计，离心泵每年的耗电量约占总发电量的10％因此设计高效率的离心泵对节能降耗有重要意义．缝隙引流离心叶轮是基于流动控制的思想设计出的一种新型叶轮[一引．缝隙引流叶轮的引流叶片有多种形式，常见的有两种：一收稿日期：2013—03—22基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179100)；上海市科委基金资助项目(10100500200)通信作者：陈红勋(1962一)，男，研究员，博

7、士生导师，博士，研究方向为流体机械内部流动E—mail：chenhx@shu．edu．cn208上戈报(自然科学版)第2O卷种是原始叶片截断后的一小段叶片，通过改变小叶片的位置来实现流动控制；另一种是在叶片前缘添加一段小叶片，小叶片的长短和形状都是变量．本工作以第一种缝隙引流叶轮作为研究对象，研究引流叶片的位置对叶轮水力性能的影响．CFD(computationalfluiddynamics)技术