逆向与正向结合的导叶式混流泵叶片系统反求设计
发布时间：2022-02-12 23:27
以某型混流式核主泵的叶轮叶片和导水机构叶片为研究对象,采用在逆向设计的基础上,正向设计校核迭代的技术来探索一条不破坏产品的前提下反求导叶式混流泵的复杂叶片系统的曲面几何数据方法。在不能获取叶片系统的完整曲面数据的情况下,采用叶片数字化设计方法建立沿回转流面上叶型曲线为参数线以便于修改控制的原始叶片系统的近似三维曲面几何模型,并将该模型与其他过流部件组成泵的全流道模型,在0.2～1.2Qd（设计流量）范围进行泵的全流道流场数值模拟,预测计算出外特性,再与原泵的试验外特性对比,以评估反求的叶片系统流道曲面的准确性。工程应用实践表明,该方法既保证了反求精度又较好地解决了泵的叶片系统反求设计问题。
【文章来源】：西华大学学报(自然科学版). 2020,39(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１叶片系统测量的等高面截线??２叶片系统的曲面重构方法??
轴心??线旋转成回转流面，将叶片正、背面曲面与回转流??面求交得到各回转流面上叶片正、背面的交线并??进行适当光滑处理。??４）将各回转流面上叶片正、背面的交线数据??导人ＣＦｔｕｒｂｏ？，在ＣＦｔｕｒｂｏ？中在回转流面上重建叶??型。遵循叶片水力设计的相关准则和要求，补齐叶??片的进、出口边等信息。??５）对一些特征数据如叶片进、出口角，特征点??的厚度，与前后盖板的交点坐标尺寸等进行校核和??必要的调整和光滑。??６）在ＣＦｔｕｒｂｏ？中沿回转流面上重建叶片曲面。??图２为叶片系统的重构过程。叶片的重构过??程中根据叶片水力设计方法的相关要求分析叶片??的各流面骨线沿周向保角变换、叶片角变化以及??从进水边至出水边的厚度变化，在ＣＦｔｕｒｂｏ？中适当??调整这些变化曲线，可方便调整和修改叶片的正、??背面曲面。对一些已知的特征点按偏差控制在小于??±０．０５?ｍｍ校核调整后，采用ＮＵＲＢＳ模型重建叶片??曲面，将重建叶片三维模型导入ＵＧ？。在ＵＧ？中??将前后盖板三维模型和叶片三维模型组合生成反??求重建的叶片系统，如图３所示。??３基于全流道流场数值模拟的外特性??评估??３．１验证反求设计的叶片系统准确性的策略??在没有原泵的叶片设计数据情况下，很难判断??反求设计结果是否与原设计一致，但从泵的外特性??曲线与厂家提供的试验曲线比较，可以间接验证反??叶片??ｓ／ｍｎ??ｍ??叶片厚度??ｓ／ｍｍ??ｎ??ｍ??压力面（ＰＳ）??吸力面（ｓｓ）??ｓ／ｎｕｒ??１［－］??（ｂ）导叶叶片??图２叶片系统的重构过程??求设计结果的准确性。如果泵的外特性曲线与原??栗的
第４期??杜江等：逆向与正向结合的导叶式混流泵叶片系统反求设计??６３??图３反求的叶片系统??３．２全流道流场数值模拟??３．２．１全流道及离散??如图４所示，将反求得到的叶片系统与进口??段、壳体和出口延伸段组成该泵的全流道。沿流??动方向，计算域依次为进口段、叶轮、导叶、壳体和??出口延伸段。其中出口延伸段长度为壳体出口直??径的６倍。采用ＣＦＤ软件进行全流道流场数值模拟。??进口段??０＿?０．５００?１．０００?（ｍ）??０２５０￣７５０??出口段??图４核主泵全流道计算域??对图４所示的整个流体域的网格用ＡＮＳＹＳ／??ＩＣＥＭ?ＣＦＤ？进行离散，其中进口段、叶轮和空间导??叶流道内的网格为六面体结构化网格，壳体和出口??延伸段内网格为混合网格。由于整个流体域中有??空间三维扭曲的叶轮和导叶的叶片，网格很难满??足，都小于２０。考虑到本文研究的重点是外特性??预测，而不是边界层内的流动规律模拟，因此，在??ＣＦＸ？中一般要求；＾不大于９０即可满足非边界层??内流动的计算要求［１°］。??３．２．２流动模型及求解方法??在实际运行中，核主栗内部为非定常的三维流??动，为了便于采用有限体积法求解，其流动控制方??程可以写成通用形式［１°１，为??｜Ｍ＋忐（—■＋厂）＝忐（厂葡Ｍ?⑴??式中ｊ为描述流场的通用变量，可以表示Ｍ，．、??ｒ等物理量；／为广义扩散系数；ｓ为广义源项。关??于多不同，对应于连续方程、动量守恒方程、能量??方程等流体状态方程参见文献［１０］。??核主泵内部流动是复杂的非线性湍流流动，再??加之边界形状复杂，目前直接求解式（１）非常困??难。对式（１）进行
【参考文献】：
期刊论文
[1]CNP1000轴封式核主泵技术[J]. 冯晓东,吴大转,杨立峰,贾允. 排灌机械工程学报. 2016(07)
[2]核电发展势在必行,设备国产化和人才培养是基础——专访于俊崇院士[J]. 王丹,何芮. 中国核电. 2015(03)
[3]涡轮叶片逆向建模与特征参数提取[J]. 赖喜德,李广府,张惟斌,陈小明,宋威,江海. 西南交通大学学报. 2013(05)
[4]轴流式水轮机叶片曲面重构技术[J]. 赖喜德,李广府,张惟斌,汪礼发. 排灌机械工程学报. 2012(06)
本文编号：3622579
【文章来源】：西华大学学报(自然科学版). 2020,39(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１叶片系统测量的等高面截线??２叶片系统的曲面重构方法??
轴心??线旋转成回转流面，将叶片正、背面曲面与回转流??面求交得到各回转流面上叶片正、背面的交线并??进行适当光滑处理。??４）将各回转流面上叶片正、背面的交线数据??导人ＣＦｔｕｒｂｏ？，在ＣＦｔｕｒｂｏ？中在回转流面上重建叶??型。遵循叶片水力设计的相关准则和要求，补齐叶??片的进、出口边等信息。??５）对一些特征数据如叶片进、出口角，特征点??的厚度，与前后盖板的交点坐标尺寸等进行校核和??必要的调整和光滑。??６）在ＣＦｔｕｒｂｏ？中沿回转流面上重建叶片曲面。??图２为叶片系统的重构过程。叶片的重构过??程中根据叶片水力设计方法的相关要求分析叶片??的各流面骨线沿周向保角变换、叶片角变化以及??从进水边至出水边的厚度变化，在ＣＦｔｕｒｂｏ？中适当??调整这些变化曲线，可方便调整和修改叶片的正、??背面曲面。对一些已知的特征点按偏差控制在小于??±０．０５?ｍｍ校核调整后，采用ＮＵＲＢＳ模型重建叶片??曲面，将重建叶片三维模型导入ＵＧ？。在ＵＧ？中??将前后盖板三维模型和叶片三维模型组合生成反??求重建的叶片系统，如图３所示。??３基于全流道流场数值模拟的外特性??评估??３．１验证反求设计的叶片系统准确性的策略??在没有原泵的叶片设计数据情况下，很难判断??反求设计结果是否与原设计一致，但从泵的外特性??曲线与厂家提供的试验曲线比较，可以间接验证反??叶片??ｓ／ｍｎ??ｍ??叶片厚度??ｓ／ｍｍ??ｎ??ｍ??压力面（ＰＳ）??吸力面（ｓｓ）??ｓ／ｎｕｒ??１［－］??（ｂ）导叶叶片??图２叶片系统的重构过程??求设计结果的准确性。如果泵的外特性曲线与原??栗的
第４期??杜江等：逆向与正向结合的导叶式混流泵叶片系统反求设计??６３??图３反求的叶片系统??３．２全流道流场数值模拟??３．２．１全流道及离散??如图４所示，将反求得到的叶片系统与进口??段、壳体和出口延伸段组成该泵的全流道。沿流??动方向，计算域依次为进口段、叶轮、导叶、壳体和??出口延伸段。其中出口延伸段长度为壳体出口直??径的６倍。采用ＣＦＤ软件进行全流道流场数值模拟。??进口段??０＿?０．５００?１．０００?（ｍ）??０２５０￣７５０??出口段??图４核主泵全流道计算域??对图４所示的整个流体域的网格用ＡＮＳＹＳ／??ＩＣＥＭ?ＣＦＤ？进行离散，其中进口段、叶轮和空间导??叶流道内的网格为六面体结构化网格，壳体和出口??延伸段内网格为混合网格。由于整个流体域中有??空间三维扭曲的叶轮和导叶的叶片，网格很难满??足，都小于２０。考虑到本文研究的重点是外特性??预测，而不是边界层内的流动规律模拟，因此，在??ＣＦＸ？中一般要求；＾不大于９０即可满足非边界层??内流动的计算要求［１°］。??３．２．２流动模型及求解方法??在实际运行中，核主栗内部为非定常的三维流??动，为了便于采用有限体积法求解，其流动控制方??程可以写成通用形式［１°１，为??｜Ｍ＋忐（—■＋厂）＝忐（厂葡Ｍ?⑴??式中ｊ为描述流场的通用变量，可以表示Ｍ，．、??ｒ等物理量；／为广义扩散系数；ｓ为广义源项。关??于多不同，对应于连续方程、动量守恒方程、能量??方程等流体状态方程参见文献［１０］。??核主泵内部流动是复杂的非线性湍流流动，再??加之边界形状复杂，目前直接求解式（１）非常困??难。对式（１）进行
【参考文献】：
期刊论文
[1]CNP1000轴封式核主泵技术[J]. 冯晓东,吴大转,杨立峰,贾允. 排灌机械工程学报. 2016(07)
[2]核电发展势在必行,设备国产化和人才培养是基础——专访于俊崇院士[J]. 王丹,何芮. 中国核电. 2015(03)
[3]涡轮叶片逆向建模与特征参数提取[J]. 赖喜德,李广府,张惟斌,陈小明,宋威,江海. 西南交通大学学报. 2013(05)
[4]轴流式水轮机叶片曲面重构技术[J]. 赖喜德,李广府,张惟斌,汪礼发. 排灌机械工程学报. 2012(06)
本文编号：3622579
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