离心泵叶片的参数化设计及其优化研究
【摘要】:近年来,随着流动计算技术的发展,泵内流动的模拟技术已经得到了较快的发展,已经不仅局限于单相、稳态流动的计算,对于固液、汽液两相流动及泵内流动的瞬态特性的研究已成为当前水力机械领域的热点,在该方面的研究也取得了相当多的成绩。但是对于水力机械叶轮的设计及其优化问题的研究进展缓慢,主要还是因为水力机械内部高度复杂的三维湍流流动,加上叶轮复杂的流道形状难以参数化定义和旋转坐标系等因素影响。本文的工作主要围绕实现离心泵叶轮的参数化优化设计进行。主要的工作及创造性成果如下:
1.提出了离心叶轮轴面的参数化设计方法,提出采用首、末控制点均三点共线的5控制点的4次Bezier曲线控制叶轮轴面形状。采用微分方程生成结构化网格方法进行叶轮轴面的离散,并进行正交迭代。为生成近似正交的网格,在叶轮轴面的边界上提出采用非线性分布函数控制轴面边界上的节点分布,使得叶轮轴面生成的网格尽可能正交。将近似正交网格线看作是叶轮轴面流线及过水断面生成线,进行叶轮轴面面积的检查。
2.提出仍采用首、末控制点三点共线的5控制点的4次Bezier曲线来控制叶轮轴面前、后盖板流线的平面投影。这样就由有限个控制点确定了叶轮叶片的边界形状,实现了叶片边界的参数化控制。
3.提出采用偏微分方程曲面造型方法构建叶片的骨面,这样将离心泵叶片的设计问题转化成偏微分方程的边值问题,数值求解微分方程的边值问题即可实现离心泵叶片功能曲面的构建,这样只需要控制偏微分方程的边界条件及微分方程中的参数,即可达到控制叶片形状的目的,按照一定叶片加厚方式加厚叶片骨面即可得到叶片及叶轮的实体造型,实现离心泵叶片的参数化设计。
4.在实现离心泵叶片参数化设计的基础上提出采用基于试验设计的响应曲面方法对离心叶轮进行优化设计。通过对离心叶轮参数化控制的大量数值试验提出对离心叶轮进行了二因素二阶响应面分析,采用现代流动计算软件实现叶轮内流的流动数值计算,由数值试验代替模型试验,并对响应面模型进行了极值分析,得到了响应面模型上的极大值点,也即在二因素参数化控制条件下叶轮的最优设计。
5.考虑为了实现离心叶轮叶片的充分自由控制,提出增加叶片骨面各流线的相对位置关系(堆叠线)这一叶片形状控制参数。在三因素的情形下采用二阶、三阶响应面模型进行分析时,模型预测值与试验值均存在较大的误差,为此提出采用高阶偏微分方程超曲面数据建模方法,根据三因素组合试验设计的控制体边界面上的试验点的试验值,首先在边界面上进行样条曲面插值,得到微分方程在边界上的第一类边界条件,然后根据控制体中心节点的试验值进行反演计算控制体边界面上的第二类边界条件,这样在控制体上的各个试验点的试验值与超曲面模型预测值就完全一致。求解高阶微分方程得到三因素控制体上的超曲面数据模型,对超曲面模型的数据进行分析得到最优设计点的控制参数及其对应的最优设计离心泵叶轮。
6.最后还对优化设计结果进行分析,分析了最优设计叶轮内的流场分布规律,叶轮出口的射流-尾迹结构强度与泵能量损失间的关系,及最优设计叶轮叶片前、后盖板流线上的叶片安放角的分布规律。
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1 |
唐敦兵,李东波,窦万春,黎成勇,张世琪;图素拼合参数化设计[J];机械设计;1998年07期 |
2 |
夏琪,蔡敏;AutoCAD中基于超图约束驱动参数化设计的实现[J];工程设计;2000年04期 |
3 |
谢庆森,林俊聪,黄艳群;基于Pro/Engineer二次开发的自行车参数化设计[J];机械设计;2005年10期 |
4 |
韩伟娜;李东阳;王冰;;基于Autodesk Inventor的零件系列化设计[J];机械设计与制造;2007年05期 |
5 |
惠烨;李翔;王长浩;张富平;;基于SolidWorks的包装容器结构参数化设计[J];包装工程;2007年12期 |
6 |
张劲松;;基于UG/OPEN GRIP的系列化钢板弹簧参数化建模[J];化学工程与装备;2008年09期 |
7 |
谢光伟;麻栋兰;黄朝斌;杨霞;徐冠军;;基于Pro/E阿基米德蜗杆参数化设计[J];机械;2009年02期 |
8 |
谢征恒;王生泽;;基于SolidWorks API的椭圆齿轮参数化设计及加工仿真[J];东华大学学报(自然科学版);2009年04期 |
9 |
薛东彬;陈兴洲;王彦林;;基于Pro/E的滚珠丝杠参数化设计[J];机械;2009年09期 |
10 |
彭亦军;龚春全;严忠胜;卢永文;;离合器参数化设计及仿真分析系统研究[J];柴油机;2010年01期 |
11 |
于明;;基于遗传算法的谐波齿轮传动优化设计[J];机械研究与应用;2010年03期 |
12 |
徐丰;;参数化城市主义——一个理解城市的新的角度[J];城市建筑;2010年06期 |
13 |
张长;;数据直接传递应用于摆线轮的参数化设计[J];科技传播;2010年13期 |
14 |
孙忠志;郑敏;;三维标准件库创建技术研究[J];飞机设计;2010年06期 |
15 |
张祖军;;基于Pro/E的圆柱蜗杆参数化设计与实现[J];机械;2011年02期 |
16 |
付平,吴俊飞,栾德玉,蔡汉明;固定管板换热器参数化设计[J];青岛大学学报(自然科学版);2002年03期 |
17 |
李强,刘海霞;减速器箱体轴孔切削过程变形的有限元分析(英文)[J];内蒙古工业大学学报(自然科学版);2003年02期 |
18 |
叶耘;参数化设计的研究与应用[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2004年01期 |
19 |
李平平,席平;特征建模技术在航空发动机典型结构件参数化设计中的应用[J];航空维修与工程;2004年03期 |
20 |
杨彩凤,刘志学,王阳合;轴系零件结构参数化设计的研究与开发[J];成都航空职业技术学院学报;2005年02期 |
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