基于大规模并行网格的离心泵仿生叶片减阻降噪特性研究
发布时间：2022-08-13 10:28
本文的研究是在国家重点研发计划（2016YFB0200901）的资助下开展的。从传统设计角度出发协同提升离心泵水力和声学性能较为困难,而运用仿生原理提取自然界中的特殊生物原型特征进行减阻降噪,是解决该问题的较优方案。仿生结构的尺寸相对较小,采用直接数值模拟、分离涡模拟或大涡模拟等高精度数值计算方法研究其作用机理往往需要数亿甚至数十亿单元的大规模的网格,虽然我国快速发展的高性能超级计算机为此提供了足够的硬件支撑,但是与之配套的通用离心泵大规模网格划分软件相对较为匮乏。因此,研究面向分布式超级计算机的大规模并行网格生成算法,对于实现仿生离心泵的高精度数值模拟,建立关键流动参数与减阻降噪之间的联系具有重要的意义。本文采用理论机理分析、高精度数值模拟与试验测试相结合的方法,围绕并行网格生成、仿生叶片离心泵内部流场和声场特性以及离心泵多目标协同优化等进行了深入地研究,旨在提出一种大规模并行网格生成算法,掌握离心泵仿生叶片减阻降噪机理,实现离心泵水力性能和声学性能的协同提升。主要的工作和研究成果如下:1.阐述了并行网格生成的基本概念和基本思路,概述了运用仿生思路进行减阻降噪应用和分析的研究现状,归...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 并行网格生成算法研究现状
1.2.2 仿生表面减阻降噪研究现状
1.2.3 离心泵多目标优化研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 大规模并行网格生成算法研究
2.1 并行网格生成技术研究
2.1.1 并行网格生成基本框架
2.1.2 网格区域分解及交界面网格生成算法
2.1.3 基于约束Delaunay的并行体网格生成
2.1.4 基于“天河二号”超算平台的并行网格生成试验测试
2.2 离心泵内部流动PIV测试
2.2.1 试验装置
2.2.2 PIV试验离心泵模型
2.2.3 PIV试验方案
2.2.4 试验结果分析
2.3 离心泵高精度数值模拟
2.3.1 数值计算方法
2.3.2 网格选取
2.3.3 与PIV试验结果对比分析
2.4 本章小结
第三章 离心泵仿生叶片减阻降噪特性及其机理分析
3.1 仿生生物原型及非光滑表面提取
3.1.1 计算模型
3.1.2 仿生生物原型及非光滑结构的提取
3.2 试验测试系统
3.2.1 试验系统装置
3.2.2 外特性测试系统
3.2.3 内场噪声测试系统
3.2.4 试验用叶轮
3.2.5 试验步骤
3.2.6 试验结果
3.3 数值模拟方法标定
3.3.1 内部流场计算方法可靠性标定
3.3.2 内场噪声计算方法可靠性标定
3.4 仿生结构对离心泵水力性能的影响
3.4.1 离心泵叶轮内流动减阻评定标准
3.4.2 仿生叶片离心泵的减阻率及效率变化情况分析
3.4.3 仿生叶片壁面剪切力分析
3.5 仿生叶片对流场状态的影响与分析
3.5.1 对叶轮流道内流体速度分布的影响
3.5.2 凹坑“反向涡”减阻机理分析
3.5.3 对叶轮流动区域内涡结构分布的影响
3.6 仿生叶片对内声场的影响与分析
3.6.1 基于Proudman的泵内近场噪声分析
3.6.2 基于声类比方程的泵内远场噪声分析
3.7 声学性能与减阻率、效率之间的联系
3.8 本章小结
第四章 仿生叶片离心泵效率、噪声协同优化方法
4.1 基于响应面的水力效率与噪声多目标优化
4.1.1 响应面实验设计
4.1.2 影响效率的参数间交互作用
4.1.3 影响噪声的参数间交互作用
4.2 响应面优化结果
4.3 离心泵仿生优化模型试验研究
4.3.1 水力性能试验结果分析
4.3.2 离心泵内场噪声试验结果分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究总结
5.2 研究展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果
一、发表学术论文
二、专利及软件著作权申请
三、参与科研项目
本文编号：3676858
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 并行网格生成算法研究现状
1.2.2 仿生表面减阻降噪研究现状
1.2.3 离心泵多目标优化研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 大规模并行网格生成算法研究
2.1 并行网格生成技术研究
2.1.1 并行网格生成基本框架
2.1.2 网格区域分解及交界面网格生成算法
2.1.3 基于约束Delaunay的并行体网格生成
2.1.4 基于“天河二号”超算平台的并行网格生成试验测试
2.2 离心泵内部流动PIV测试
2.2.1 试验装置
2.2.2 PIV试验离心泵模型
2.2.3 PIV试验方案
2.2.4 试验结果分析
2.3 离心泵高精度数值模拟
2.3.1 数值计算方法
2.3.2 网格选取
2.3.3 与PIV试验结果对比分析
2.4 本章小结
第三章 离心泵仿生叶片减阻降噪特性及其机理分析
3.1 仿生生物原型及非光滑表面提取
3.1.1 计算模型
3.1.2 仿生生物原型及非光滑结构的提取
3.2 试验测试系统
3.2.1 试验系统装置
3.2.2 外特性测试系统
3.2.3 内场噪声测试系统
3.2.4 试验用叶轮
3.2.5 试验步骤
3.2.6 试验结果
3.3 数值模拟方法标定
3.3.1 内部流场计算方法可靠性标定
3.3.2 内场噪声计算方法可靠性标定
3.4 仿生结构对离心泵水力性能的影响
3.4.1 离心泵叶轮内流动减阻评定标准
3.4.2 仿生叶片离心泵的减阻率及效率变化情况分析
3.4.3 仿生叶片壁面剪切力分析
3.5 仿生叶片对流场状态的影响与分析
3.5.1 对叶轮流道内流体速度分布的影响
3.5.2 凹坑“反向涡”减阻机理分析
3.5.3 对叶轮流动区域内涡结构分布的影响
3.6 仿生叶片对内声场的影响与分析
3.6.1 基于Proudman的泵内近场噪声分析
3.6.2 基于声类比方程的泵内远场噪声分析
3.7 声学性能与减阻率、效率之间的联系
3.8 本章小结
第四章 仿生叶片离心泵效率、噪声协同优化方法
4.1 基于响应面的水力效率与噪声多目标优化
4.1.1 响应面实验设计
4.1.2 影响效率的参数间交互作用
4.1.3 影响噪声的参数间交互作用
4.2 响应面优化结果
4.3 离心泵仿生优化模型试验研究
4.3.1 水力性能试验结果分析
4.3.2 离心泵内场噪声试验结果分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究总结
5.2 研究展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果
一、发表学术论文
二、专利及软件著作权申请
三、参与科研项目
本文编号：3676858
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3676858.html
