基于本征正交分解法的离心泵叶轮反问题方法研究

发布时间：2017-03-16 18:08

  本文关键词：基于本征正交分解法的离心泵叶轮反问题方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算流体力学和流体测试技术的快速蓬勃发展,离心泵内的流动问题研究发展迅速,但由于离心泵叶轮反问题的复杂性,其进展缓慢,目前离心泵叶轮的设计主要还是基于传统的设计理论,其优化设计难以实现。近年来,本课题组已先后将响应面、不完全敏感性、伴随方法、自由曲面变形等优化理论和方法成功应用于二维及三维离心泵叶轮的优化设计中,不断丰富了水力机械优化和反问题研究的理论和方法。本研究在课题组前几年工作的基础上,将本征正交分解(POD)方法引入到水力机械优化设计领域,研究分别以离心泵二维叶轮和三维叶轮作为对象,叶片型线使用泰勒多项式和Bezier曲线进行参数化描述,通过对叶片控制参数的扰动来产生初始的样本集,应用CFD方法进行泵内部的流动模拟,快照集矢量包括叶型控制参数和工作面的总压分布,同时编制了基于MATLAB的程序代码。具体研究内容包括以下几个方面:1.将本征正交分解理论引入到水力机械优化设计领域,提出一种离心泵叶轮反问题方法—基于本征正交分解(POD)的离心泵叶轮反问题。算例结果表面,基于POD方法的离心泵叶片反问题方法具有良好的稳健性和很高的精度,同时可以极大地降低反问题的计算量,进一步完善了水力机械优化设计理论。2.提出了基于POD方法的离心泵叶轮反问题迭代修正算法,根据CFD数值模拟结果和POD计算结果的差距来修正总压分布,然后继续进行反问题的迭代。3.叶片型线的控制、离心泵叶轮反问题方法均由MATLAB程序代码实现,该方法精炼具有较强的稳定性。4.应用泰勒多项式对离心泵叶轮二维圆柱叶片进行参数化控制,并基于POD方法进行反问题验证,算例结果证明了POD方法对二维叶片反问题的适用性。5.应用高阶Bezier曲线对离心泵叶轮三维扭曲叶片进行参数化控制,并基于POD方法进行反问题验证,算例结果证明了POD方法对三维叶片反问题的适用性。
【关键词】：离心泵 反问题 本征正交分解法 快照集 数值模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 离心泵研究的主要内容9-11
• 1.2 离心泵优化与反问题的研究现状与背景11-14
• 1.3 基于POD方法的离心泵叶轮反问题研究背景14-16
• 1.4 本文研究工作16-18
• 第2章 本征正交分解（POD）方法的原理及算法18-24
• 2.1 基本本征正交分解（POD）方法原理18-20
• 2.2 Gappy POD方法的反问题思想20-22
• 2.3 基于Gappy POD的离心泵叶轮反问题研究22
• 2.4 叶片反问题的迭代修正方法22
• 2.5 基于Gappy POD的离心泵叶轮反问题方法流程22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基于POD方法的离心泵数值计算和叶片参数化控制方法24-40
• 3.1 基于POD方法的离心泵数值计算24-33
• 3.1.1 离心泵内部流动的基本控制方程24-25
• 3.1.2 流动控制方程的离散和求解25-29
• 3.1.3 网格类型的选择和确定29-30
• 3.1.4 离心泵内三维湍流数值模拟方法及相应的模型30-32
• 3.1.5 离心泵数值模拟的边界条件32-33
• 3.1.6 数值计算中关于收敛性的判定33
• 3.2 基于POD方法的离心泵叶片参数化控制方法33-38
• 3.2.1 二维圆柱叶片的参数化控制方法34-35
• 3.2.2 三维扭曲叶片的参数化控制方法35-38
• 3.3 本章小结38-40
• 第4章 基于POD方法的低比转速离心泵叶轮反问题分析40-60
• 4.1 离心泵二维圆柱叶片的反问题分析40-50
• 4.2 离心泵三维扭曲叶片的反问题分析50-59
• 4.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 1.研究总结60
• 2.存在的不足与展望60-61
• 参考文献61-69
• 致谢69-70
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文70

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