基于CFD流场分析的塑料离心泵的汽蚀性能优化研究

发布时间：2017-04-03 00:05

  本文关键词：基于CFD流场分析的塑料离心泵的汽蚀性能优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塑料离心泵可以在很大的温差范围内输送任意浓度的各种酸氧化剂等多种腐蚀性介质,它具有吸入能力强,工作噪声小,无泄漏等优点,因此得到了广泛的应用。而汽蚀问题一直是影响塑料离心泵性能的重要因素之一,其严重阻碍了塑料离心泵的高速化发展,本文在考虑提高塑料离心泵效率的前提下,兼顾降低汽蚀余量,采用基于CFD流场分析方法对塑料离心泵内部流场进行数值模拟,以提高塑料离心泵的整体性能。论文主要的工作如下：1.运用速度系数法对塑料离心泵过流部件进行二维水力设计,通过CFturbo软件内置设计模块,完成塑料离心泵过流部件的三维建模。2.以计算流体动力学为基础,运用CFD软件Pumplinx对塑料离心泵内部流场进行数值模拟与分析,并对其效率和汽蚀情况进行了预测。3.选定叶轮进口直径、叶片进口角、出口角和包角作为影响因素设计正交实验,通过极差分析得出各个参数对单一质量评价指标的最佳工艺参数组合,并模拟验证了其合理性。4.在正交实验的基础上,运用田口方法,设计了正交内表,求出了各因素各水平的信噪比,对结果进行方差分析,得出了稳定因素和可调因素,对可调因素再次优化,得到最优工艺参数组合,经模拟验证,最优组合是合理的。5.以叶片进口直径D1、叶轮直径D2、叶片进口安放角p1、叶片出口安放角p2、叶片数Z、叶轮进口宽度b1、叶轮出口宽度b2作为设计变量,建立多目标函数,以遗传算法为理论基础,运用matlab中的遗传算法工具箱对参数进行多目标寻优,模拟的结果验证了运用遗传算法对塑料离心泵参数进行优化的可行性。6.论述了泵的汽蚀余量基本方程式,对方程式进行不同的变换,推导出最优叶轮进口直径公式及最小汽蚀余量公式,最后建立一种泵汽蚀余量预测模型。本文通过对塑料离心泵内部流场的数值模拟,以提高效率,降低汽蚀余量为目标,选取叶轮四个参数,设计完成了正交试验,运用田口方法和遗传算法对参数进行优化,建立泵汽蚀余量预测模型,提高了塑料离心泵的整体性能。
【关键词】：塑料离心泵 汽蚀 优化 预测模型 CFD
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 概论12-16
• 1.1 引言12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 塑料离心泵过流部件的水力设计16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 塑料离心泵过流部件的设计16-24
• 2.2.1 塑料离心泵性能和结构参数计算16-18
• 2.2.2 塑料离心泵过流部件的参数计算18-24
• 2.3 塑料离心泵过流部件的三维建模24-28
• 2.3.1 CFturbo软件简介24-26
• 2.3.2 叶轮和蜗壳的三维建模26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 塑料离心泵内部流场数值模拟29-36
• 3.1 引言29
• 3.2 泵阀模拟仿真软件Pumuplinx介绍29-30
• 3.3 塑料离心泵内部流场数值模拟30-34
• 3.3.1 塑料离心泵过流部件模型的网格划分30-31
• 3.3.2 设置边界条件31-32
• 3.3.3 模拟结果分析32-34
• 3.4 汽蚀模拟分析34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 塑料离心泵流场分析的正交实验设计36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 塑料离心泵流场分析正交实验的设计36-42
• 4.2.1 因素的选取36-37
• 4.2.2 塑料离心泵流场分析正交实验结果与极差分析37-42
• 4.3 本章小结42-44
• 第5章 基于田口方法的塑料离心泵叶轮参数优化研究44-53
• 5.1 引言44-45
• 5.2 田口试验设计45-51
• 5.2.1 确定目标值Y45
• 5.2.2 制定可控因素,水平表45
• 5.2.3 试验设计45-50
• 5.2.4 验证模拟50-51
• 5.3 本章小结51-53
• 第6章 基于遗传算法的塑料离心泵叶轮多目标优化设计53-63
• 6.1 引言53
• 6.2 塑料离心泵叶轮多目标优化53-54
• 6.3 建立塑料离心泵叶轮优化数学模型54-58
• 6.3.1 塑料离心泵最小损失目标函数54-57
• 6.3.2 塑料离心泵最小汽蚀余量目标函数57-58
• 6.4 目标函数处理58-60
• 6.4.1 统一目标函数58
• 6.4.2 分目标权重系数的确定58-59
• 6.4.3 约束条件的确定59-60
• 6.5 遗传算法优化60-61
• 6.6 模拟验证61
• 6.7 本章小结61-63
• 第7章 塑料离心泵汽蚀余量性能预测63-69
• 7.1 引言63
• 7.2 汽蚀基本方程式63-64
• 7.3 最优叶轮进口直径公式64-66
• 7.4 最小汽蚀余量公式66
• 7.5 汽蚀余量预测模型66-68
• 7.6 本章小结68-69
• 第8章 结论与展望69-72
• 8.1 本文完成的工作69-70
• 8.2 展望70-72
• 参考文献72-75
• 攻读学位期间的学术成果75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张莉,陈汉平,徐忠;离心压缩机叶轮内部流场的准三元迭代数值分析[J];风机技术;2000年05期

2 刘瑞韬,徐忠;离心叶轮机械内部流动的研究进展[J];力学进展;2003年04期

3 杜广盛;李德馨;魏振平;;田口实验设计法优化TPGS单酯与双酯的柱层析分离工艺[J];化学试剂;2014年01期

4 朱刚,王少平,沈孟育,胡庆康;叶轮机内部流场的修正Taylor-Galerkin(MDTGFE)有限元法[J];上海力学;1994年04期

5 李金波;;离心泵的汽蚀现象及相应防止措施探讨[J];石油化工设备技术;2011年06期

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本文编号：283368