基于遗传算法的离心泵优化设计及其性能分析

发布时间：2017-07-07 02:09

  本文关键词：基于遗传算法的离心泵优化设计及其性能分析

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【摘要】：离心泵广泛应用于农业、化工、矿山和国防等多个领域，直接影响了国家经济的发展，但现存的离心泵存在着效率低、汽蚀性能差、稳定性差以及易发生过载等问题。针对这些问题，本文提出了离心泵全面性能优化的方法，建立了数学模型，，利用遗传算法求得全局最优解，并进行了三维造型和数值模拟。主要研究内容为： 1、通过分析离心泵几何参数对各项性能影响，建立了优化目标函数及相应的约束条件，并结合超传递近似法给定了各分目标函数的权重系数，统一了目标函数。利用遗传算法对目标函数进行了优化计算，得到了离心泵几何参数的最佳组合。 2、在确定几何参数的基础上，系统地分析了叶轮叶片形状对离心泵性能的影响。提出并实现了B样条曲线对叶轮叶片展开流线的绘制，克服了Bezier曲线的缺点，使得控制更加方便简单，且不影响曲线的全局特性。 3、在叶轮叶片形状确定的基础上利用PRO/E对离心泵优化前后的三维水力模型进行了造型，并利用GAMBIT软件对其进行了合理的网格划分，确定了模型的边界。 4、利用FlUENT流体分析软件对离心泵内部流场进行数值模拟，采用了RNGk-ε湍流模型，获得了离心泵不同模型下的流场分布。 5、分析了利用B样条曲线确定叶片法得到的离心泵模型的内部流场，其内部流体流动与原模型相比均匀稳定，验证了B样条曲线的优越性。 6、对离心泵优化前后内部流场进行对比分析，发现优化后的离心泵叶轮流道入口处负压值小，离心泵抗气蚀性能有所增强；速度分布均匀，减少了涡流现象，水力损失减小，提高了效率和稳定性；消除了过载现象，从而验证了该优化方法的优化效果。
【关键词】：离心泵 遗传算法 优化设计 数值模拟
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 离心泵研究的进展10-11
• 1.2.2 离心泵优化设计的进展11-13
• 1.2.3 CFD 在离心泵内部流动分析中的应用13-15
• 1.3 本文研究的内容15-16
• 第2章 离心泵优化数学模型16-31
• 2.1 离心泵基本控制方程17-19
• 2.2 离心泵效率分目标函数19-23
• 2.2.1 机械效率20-21
• 2.2.2 容积效率21-22
• 2.2.3 水力效率22-23
• 2.3 离心泵汽蚀余量分目标函数23-25
• 2.4 离心泵扬程曲线驼峰25-27
• 2.4.1 影响离心泵扬程曲线驼峰的因素26-27
• 2.4.2 消除曲线驼峰的方法27
• 2.5 离心泵无过载水力设计27-29
• 2.6 目标函数处理29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 离心泵水力模型优化算法及算例31-39
• 3.1 遗传算法的基本理论及应用31-34
• 3.2 离心泵叶轮几何参数优化算例34-35
• 3.2.1 IB65-40-200 离心泵源参数确定34
• 3.2.2 分目标权重系数的确定34-35
• 3.2.3 分目标函数的合理值和变量约束的确定35
• 3.3 优化计算及结果分析35-38
• 3.3.1 遗传算法优化程序代码35-37
• 3.3.2 优化结果及分析37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 离心泵三维模型建立及网格的划分39-49
• 4.1 B 样条曲线确定叶轮叶片流线法39-44
• 4.1.1 叶轮叶片流线对离心泵的影响39
• 4.1.2 B 样条曲线与叶片流线绘制方法39-44
• 4.2 叶轮流道三维模型建立44-45
• 4.3 蜗壳流道三维模型建立45-46
• 4.4 GAMBIT 网格划分46-47
• 4.5 本章小结47-49
• 第5章 离心泵流场数值模拟及优化前后性能对比49-65
• 5.1 离心泵内部流动分析及 CFD 求解过程49-50
• 5.2 基本控制方程50-52
• 5.2.1 质量守恒方程50
• 5.2.2 动量守恒方程50-51
• 5.2.3 能量守恒方程51
• 5.2.4 叶轮内部流动的控制方程51-52
• 5.3 确定合适的湍流模型52
• 5.4 确定合适的边界条件52-54
• 5.4.1 进口边界条件52-53
• 5.4.2 出口边界条件53-54
• 5.4.3 固体壁面边界条件54
• 5.5 离心泵优化前后性能对比54-63
• 5.5.1 B 样条曲线法建立的模型与原模型对比55-58
• 5.5.2 考虑过载优化后与原模型对比58-63
• 5.5.3 离心泵过载情况对比63
• 5.6 本章小结63-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 攻读学位期间所取得的成果及参与的项目71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨军虎;张建华;孙庆冲;王晓晖;;叶片型线及厚度变化规律对离心泵性能的影响[J];兰州理工大学学报;2011年05期

2 张峥;;基于FLUENT的离心泵内部流动的数值模拟[J];甘肃科技;2009年14期

3 汪建华,明燕,赵子传;无过载泵优化设计[J];江汉石油学院学报;2000年02期

4 张鹏;王晓静;;三角法控制叶片包角提高水泵效率[J];节能;2005年12期

5 闻建龙,沙毅,李传君,王贞涛;无过载超低比转速离心泵水力设计[J];江苏大学学报(自然科学版);2003年06期

6 郭鹏程,罗兴

本文编号：528519