基于PIV的塑料泵流场模拟和性能优化研究

发布时间：2017-07-19 21:01

  本文关键词：基于PIV的塑料泵流场模拟和性能优化研究

  更多相关文章： 数值模拟 PIV 正交试验 数学模型 优化

【摘要】：塑料离心泵输送介质的范围比较广,可以输送一切流动介质,甚至一些具有腐蚀性的流体介质。塑料离心泵具有吸入能力强、运转平稳、密封性好等优点。离心泵作为环保和污水处理的关键设备,在市政、水利方面均起到重要作用。塑料制无堵塞泵具有质量轻巧、使用寿命较长,并且能够适应复杂的输送环境等特点,但是目前塑料离心泵在排污上的应用还比较少,故对此方面的研究也不是很多。鉴于此,本文针对塑料无堵塞泵进行内部流场规律和性能的探究。本文主要的研究内容如下：1、根据所要设计成型的塑料离心泵所要达到的性能参数,对塑料离心泵进行了水力计算,得到过流部件的各结构参数,依据此参数,进行泵的三维模型建立；2、对塑料离心泵进行流场模拟,分析得到流场的流动规律以及汽蚀的发生部位；3、基于塑料离心泵的流场模拟,分析并选取塑料离心泵结构参数中的进口直径、出口宽度,出口角及包角作为影响泵性能的因素,设计塑料离心泵性能的正交实验,并对实验结果进行分析,得到四个因素相对单一性能指标的权重程度；4、对塑料离心泵进行数学建模,并将各分目标函数进行统一,确定各分目标函数的权重系数,给变量添加约束条件,采用遗传算法进塑料离心泵进行结构参数优化,得到优化后的结构参数。5、搭建了一套满足PIV试验要求的实验台,根据优化后的结构参数,分别在三种不同流量工况下对泵内流场流动情况进行测量,分析流场的流动情况,并将实验得到的结果与数值计算的结果作比较。本文创新性地对塑料无堵塞泵进行性能研究,通过PIV试验台的搭建和使用,以及数值模拟技术的运用,对塑料离心泵内部流动规律进行了探究；选取叶轮的四个结构参数,设计并完成了正交试验,得到各因素对性能指标的影响排序；建立塑料离心泵叶轮优化模型,采用遗传算法对塑料离心泵结构参数进行了参数优化。
【关键词】：数值模拟 PIV 正交试验 数学模型 优化
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 泵流场模拟的研究现状13-15
• 1.2.1 数值模拟基本思想13-14
• 1.2.2 离心泵流场模拟的现状14-15
• 1.3 流场实验研究的现状15-16
• 1.4 离心泵优化方法的研究现状16-18
• 1.5 本文主要研究内容及创新点18-19
• 1.6 本章小结19-20
• 第2章 塑料离心泵的结构设计20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 塑料离心泵的效率及结构参数设计20-29
• 2.2.1 塑料离心泵效率20-22
• 2.2.2 塑料离心泵结构参数22-29
• 2.3 塑料离心泵三维建模29-30
• 2.3.1 三维建模软件介绍29
• 2.3.2 叶轮及蜗壳建模29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 塑料离心泵流场模拟与分析31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 CFD软件介绍31-32
• 3.3 塑料离心泵流场的数值计算32-36
• 3.3.1 模型的导入及相关设置32-33
• 3.3.2 模型网格划分33
• 3.3.3 边界条件的设定33-34
• 3.3.4 计算结果及分析34-36
• 3.4 塑料离心泵汽蚀分析36-38
• 3.4.1 汽蚀与气体体积分数的关系36
• 3.4.2 模拟结果36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 流场模拟泵性能的正交实现39-44
• 4.1 引言39
• 4.2 基于流场分析的正交试验设计39-43
• 4.2.1 评价指标及影响因素的选取39-40
• 4.2.2 正交表的选定40
• 4.2.3 编制试验方案40-41
• 4.2.4 试验结果分析41-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 基于流场分析的多目标优化研究44-59
• 5.1 引言44
• 5.2 塑料离心泵多目标优化数学模型44-53
• 5.2.1 确定多目标优化设计变量44-45
• 5.2.2 塑料离心泵效率目标函数45-49
• 5.2.3 离心泵汽蚀余量目标函数49-53
• 5.3 目标函数处理53-54
• 5.4 确定约束条件54-55
• 5.5 遗传算法优化55-57
• 5.5.1 遗传算法简介55
• 5.5.2 目标函数优化计算55-56
• 5.5.3 优化结果56-57
• 5.6 模拟验证57
• 5.7 本章小结57-59
• 第6章 塑料离心泵叶轮内部流动PIV测量59-75
• 6.1 PIV测试技术59-65
• 6.1.1 PIV基本原理59-60
• 6.1.2 PIV系统的组成60-63
• 6.1.3 示踪粒子的选择63-65
• 6.2 塑料离心泵流场的PIV测量65-68
• 6.2.1 试验台及PIV系统65
• 6.2.2 模型泵65-66
• 6.2.3 塑料离心泵内部PIV实验方法66-67
• 6.2.4 测量精度分析67-68
• 6.3 PIV测试结果68-73
• 6.4 实验与模拟的比较73-74
• 6.5 本章小结74-75
• 第7章 结论与展望75-77
• 7.1 结论75-76
• 7.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间的学术成果81-82
• 致谢82

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