叶片泵性能优化设计平台研发

为简化叶片泵设计,基于开源Python编程语言、图形化语言编程软件LabVIEW和ANSYS Workbench平台,开发了适用于叶片泵的性能优化设计平台.采用LabVIEW软件搭建图形化用户界面,实现了优化变量设置、优化方法设置和结果反馈等功能.应用Python语言编写叶片设计和优化程序,集成了试验设计、近似模型和智能优化算法3类优化方法.通过LabVIEW内置Python节点调用Python程序执行ANSYS Workbench脚本文件,调用BladeGen,TurboGrid及CFX模块,实现了叶轮的三维设计、网格划分和数值模拟自动化运行,同时实现了异常数值计算的自动关闭以及优化结果在联网条件下的传输.以离心泵叶轮为例,优化方法选用智能优化算法,采用粒子群算法进行了自动优化设计,在无人工干预的情况下,耗时8 h进行13次迭代后效率达到全局最优,显著提高了叶轮效率.该平台在实际应用中大幅度提高了叶片泵优化设计效率,降低优化设计难度,显著缩短了叶轮水力设计周期.

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6 Q d、0.8 Q d、1.0 Q d和1.2 Q d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分布。对比试验和数值模拟的泵外特性和监测点的压力脉动功率谱密度,验证了数值模拟的准确性。结果表明:在设计工况和小流量工况下吸水室监测点处叶频是压力脉动的主频,在1.2 Q d时主频转变为轴频,且轴频的幅值随流量变化较小;因吸水室顶部漩涡较多,采用SST k-ω模型进行数值模拟未能准确预测吸水室中的压力脉动。蜗壳上监测点的压力脉动主频为叶频,其振幅随流量的增加先减小后增大,由于蜗壳内压力脉动主要原因为叶轮和蜗壳的动静干涉作用,数值模拟可以准确预测蜗壳中的压力脉动。在小流量时蜗壳出口处监测点的压力脉动主频为轴频,在设计工况和大流量时为叶频,但由于数值模拟未考虑环境因素,使得其结果与试验有偏差。蜗壳中压力脉动强度随着流量增加先降低后变大,在设计工况最低,在设计流量和大流量工况下隔舌断面上压力脉动强度对称分布。

粒子群算法在带导叶离心泵性能优化中的应用

为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量效率为优化目标,定义扬程为约束条件,通过Bézier曲线控制叶片安放角、叶片进口边位置和叶片厚度的分布,以Bézier曲线控制点坐标的为优化变量.编写泵性能优化程序,调用粒子群优化算法和数值仿真软件,在粒子群算法迭代中计算中每个粒子(叶轮方案)的适应值(效率).在粒子群算法迭代初期泵设计工况效率为74.91%,迭代末期泵效率为78.50%,较原始方案的效率高2.1%,优化后扬程为72.5 m,仍满足设计要求.对比优化过程中的叶轮和导叶内速度流线分布,可以发现叶轮和导叶叶片工作面流动分离现象得到改善,叶轮欧拉扬程上升减缓.所提出的泵性能优化方法为其他泵的性能改善提供了一定的参考价值.

立式管道离心泵多工况压力脉动试验

为研究不同工况下立式管道离心泵内部压力脉动特性,文中采用动态压力传感器在模型泵进口弯管处、蜗壳隔舌附近、蜗壳扩散管处分别设置压力监测点,对0.6 Q_(d),1.0 Q_(d)和1.4 Q_(d)这3种流量下的压力脉动进行了测试,得到了压力脉动时域图、频域图和时频域图.试验结果表明:蜗壳隔舌附近的压力脉动信号波动最大.随着流量的增加,各监测点的压力脉动幅值先减小后增加.小流量和设计流量下,进口弯管处的压力脉动主频为2倍轴频,大流量下主频为轴频,幅值表现出强烈的波动特性.蜗壳隔舌附近的压力脉动主频均为叶频,幅值随流量增加而增大,在小流量和设计流量下高频处表现出较宽频段的波动性.蜗壳扩散管处的压力脉动在小流量和设计流量下主频为叶频,大流量下主频为轴频,轴频的幅值随流量增大而减小.

立式管道泵断电过渡过程内流特性分析

为探究立式管道泵断电过渡过程中内部不稳定流动特性,采用数值模拟的方法,结合Fortran语言编程对CFX进行二次开发,利用角动量微分方程预测了转速变化规律,分析了管道泵断电过渡过程中流量、转速等参数及内流场的变化规律.研究结果表明:断电后转速从正向转速逐渐减小变换为反向转速并增大达到飞逸转速(nmax=1.206n0);转速与流量之间存在延迟,前者比后者延迟1.24 s到达零点;压力脉动幅值在飞逸阶段达到最高值;过渡过程初期在进口肘型弯管叶轮流道及蜗壳内产生多个旋涡,中期旋涡逐渐消失,内部流态趋于平稳,后期在第2弯管内侧和叶轮进口边出现小旋涡.研究揭示了管道泵断电停机过渡过程中的内流瞬态特性,为管道泵停机过程的安全运行提供了理论基础.