多级井用潜水泵的优化设计
后倾式叶轮论文 空间导叶论文 效率论文 优化设计论文
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井用潜水泵是提取地下水的重要设备,在农村、工厂、矿山、自来水公司、地热开发和油田等地或领域都有广泛的应用。针对潜水泵中最重要的两个过流部件—叶轮和导叶进行优化设计对潜水泵的节能降耗有重要意义。本文针对采用后倾式叶轮和空间导叶的潜水泵模型,以效率为目标函数,引进诸如遗传算法、人工神经网络等先进的优化设计算法进行优化设计,在以叶轮和导叶的进出口角作为控制参数并在原模型基础上增加±20°作为优化范围的前提下提出最优叶轮模型,并对优化前后的潜水泵进行数值模拟和性能预测。主要内容如下:(1)介绍了本文中进行数值计算和优化设计所采取的方法,利用Pro/E三维造型软件对过流部件:后倾式叶轮和空间导叶进行了建模。利用NUMECA软件中的AutoGrid5模块,采用全六面体结构化网格进行了网格划分,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对原模型泵的外特性进行了预测;(2)对采用后倾斜式叶轮和空间导叶的井用潜水泵在转速为2850r/min进行了实验研究,得到了原型井用潜水泵的流量扬程Q-H曲线以及流量效率Q-η曲线,并和数值模拟结果进行了对比分析。(3)对后倾式叶轮和空间导叶进行了参数化造型,以后倾式叶轮进口角β1、出口角β2和空间导叶进口角β3、出口角β4四个参数为优化变量,采用基于近似函数技术的优化策略,以效率为优化目标进行了优化设计研究;(4)对优化前后潜水泵的内部流动特性及外特性进行了对比分析,验证了优化后潜水泵的水力效率及单级扬程均得到了提高,提高了潜水泵在大流量工作区域的性能,增强了潜水泵的运行稳定性。
摘要 | 第5-6页 |
Abstract | 第6-7页 |
第一章 绪论 | 第11-19页 |
1.1 课题研究目的与意义 | 第11页 |
1.2 我国井用潜水泵的发展历史 | 第11-14页 |
1.3 潜水泵的水力模型的研究现状 | 第14-15页 |
1.4 潜水泵优化设计的发展现状 | 第15-17页 |
1.4.1 CAD 设计时期 | 第16页 |
1.4.2 数学建模时期 | 第16页 |
1.4.3 CFD 技术时期 | 第16-17页 |
1.5 本课题的研究内容 | 第17-19页 |
第二章 井用潜水泵外特性的数值模拟预测 | 第19-31页 |
2.1 数值模拟级数选择 | 第19页 |
2.2 控制方程组 | 第19-20页 |
2.3 湍流模型 | 第20-22页 |
2.4 井用潜水泵几何模型与网格生成 | 第22-27页 |
2.4.1 井用潜水泵的几何模型 | 第22-23页 |
2.4.2 网格生成 | 第23-27页 |
2.5 边界设置 | 第27-28页 |
2.6 潜水泵外特性的数值模拟结果 | 第28-29页 |
2.7 本章小结 | 第29-31页 |
第三章 井用潜水泵的试验研究 | 第31-37页 |
3.1 试验内容与测量原理 | 第31-32页 |
3.1.1 试验内容 | 第31页 |
3.1.2 测量原理 | 第31-32页 |
3.2 试验系统 | 第32-34页 |
3.2.1 试验装置 | 第32-33页 |
3.2.2 流量测量与调节 | 第33-34页 |
3.2.3 轴功率测量 | 第34页 |
3.3 潜水泵实体 | 第34-35页 |
3.4 试验结果 | 第35-36页 |
3.5 本章小结 | 第36-37页 |
第四章 井用潜水泵模型的参数化拟合 | 第37-48页 |
4.1 几何模型的三维造型 | 第37-38页 |
4.2 几何模型拟合方法 | 第38-41页 |
4.2.1 Bezier 曲线 | 第39-40页 |
4.2.2 B 样条曲线 | 第40-41页 |
4.3 子午线拟合 | 第41-42页 |
4.4 流面定义 | 第42页 |
4.5 流面积叠规律 | 第42-43页 |
4.6 二维叶片型线定义 | 第43-45页 |
4.6.1 中弧线定义方法 | 第43-44页 |
4.6.2 叶片厚度分布定义 | 第44-45页 |
4.6.3 叶片前缘与尾缘 | 第45页 |
4.7 后倾式叶轮和空间导叶的拟合 | 第45-46页 |
4.8 本章小结 | 第46-48页 |
第五章 井用潜水泵叶轮和导叶的优化 | 第48-66页 |
5.1 潜水泵优化设计的出发点 | 第48-49页 |
5.2 潜水泵优化设计中的三要素 | 第49-50页 |
5.2.1 设计变量 | 第49页 |
5.2.2 设计约束 | 第49-50页 |
5.2.3 目标函数 | 第50页 |
5.3 井用潜水泵优化参数选择与设置 | 第50-52页 |
5.3.1 优化参数的选择 | 第50-51页 |
5.3.2 参数的变化范围和关联 | 第51-52页 |
5.4 井用潜水泵的优化策略 | 第52-55页 |
5.4.1 多级泵的优化步骤 | 第52页 |
5.4.2 优化策略 | 第52-54页 |
5.4.3 优化收敛判定 | 第54-55页 |
5.5 优化结果 | 第55-59页 |
5.6 流场分析 | 第59-65页 |
5.6.1 相对速度分析 | 第59-63页 |
5.6.2 静压力分析 | 第63-65页 |
5.7 本章小结 | 第65-66页 |
第六章 总结与展望 | 第66-68页 |
6.1 全文总结 | 第66-67页 |
6.2 工作展望 | 第67-68页 |
参考文献 | 第68-72页 |
致谢 | 第72-73页 |
攻读硕士学位期间发表论文 | 第73页 |
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