基于ISIGHT平台的蜗壳式混流泵多目标优化及空化特性分析

发布时间：2023-06-05 19:59

　　蜗壳式混流泵凭借其高效可靠、应用范围广、且使用维修方便的特点,其广泛用于农田排灌及工业用水等工程中。为了响应国家节能减排政策的号召,蜗壳式混流泵多目标优化的领域具有十分广阔的前景。本文的研究对象为一台比转速为433的蜗壳式混流泵,以提升设计工况水力效率和扬程为优化目标,利用ISIGHT平台结合NSGA-Ⅱ优化算法,对混流泵叶轮和蜗壳的设计参数进行多目标优化,并对优化前后蜗壳式混流泵的空化性能进行对比分析。本文研究的主要内容及成果如下:(1)采用UG软件分别对蜗壳式混流泵的蜗壳和叶轮进行三维建模,并利用ANSYS软件对该混流泵进行多工况的定常数值模拟计算。内流场模拟结果显示:叶轮进口处存在大面积低压区域,且靠近隔舌处有明显的漩涡、回流现象,降低了混流泵的水力性能。(2)在ISIGHT优化平台中集成UG、ICEM CFD和ANSYS CFX软件,建立起叶轮蜗壳参数化建模、网格划分、流场数值计算对比的自动优化体系。选取混流泵叶轮和蜗壳的设计参数为优化变量,以提升设计工况下水力效率和扬程为目标,并设置抗汽蚀性能和叶轮蜗壳的匹配性为约束条件,对模型泵设计参数进行多目标优化,并通过CFD技术对比优...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 混流泵的研究进展
        1.2.2 遗传算法在流体机械中的应用
        1.2.3 混流泵的空化研究
    1.3 本文主要的研究内容
第二章 CFD基础和数值模拟平台
    2.1 数值模拟理论基础
        2.1.1 计算流体力学概述
        2.1.2 控制方程
        2.1.3 湍流模型
    2.2 ISIGHT优化平台及优化算法概述
        2.2.1 ISIGHT软件介绍
        2.2.2 ISIGHT优化算法概述
    2.3 空化模拟基础
    2.4 本章小结
第三章 模型泵内部流动数值分析
    3.1 模型泵建立及网格划分
        3.1.1 蜗壳式混流泵三维建模
        3.1.2 网格划分
        3.1.3 网格无关性检查
    3.2 ANSYS CFX模拟分析设置
        3.2.1 边界条件及交界面设置
        3.2.2 模拟计算收敛标准
        3.2.3 湍流模型的选定
        3.2.4 外特性验证
    3.3 模型泵内流场分析
        3.3.1 模型泵静压分布
        3.3.2 模型泵速度矢量分析
    3.4 本章小结
第四章 混流泵多目标优化设计
    4.1 模型泵优化变量的选定
    4.2 优化数值模型
        4.2.1 目标函数
        4.2.2 设计变量
        4.2.3 约束函数
    4.3 基于ISIGHT的优化求解流程
        4.3.1 多目标优化运算流程控制
        4.3.2 多目标优化算法的选择
        4.3.3 多目标优化设计的运行
    4.4 优化结果分析
        4.4.1 优化前后混流泵参数对比
        4.4.2 混流泵优化前后外特性分析
        4.4.3 优化前后混流泵内流场分析
    4.5 本章小结
第五章 空化数值模拟
    5.1 空化计算方法
        5.1.1 混合物均相流控制方程
        5.1.2 空泡动力学方程
        5.1.3 空化模拟计算设置
    5.2 空化性能模拟结果分析
        5.2.1 优化前后空化性能曲线对比
        5.2.2 多工况下临界汽蚀余量分析
    5.3 空泡体积分数分布
        5.3.1 设计工况下空泡体积分数分布规律
        5.3.2 偏工况下空泡体积分数分布规律
        5.3.3 多工况下前盖板空泡体积分数分布规律
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3831953