一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113868794A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111119304.6G06F111/04(2020.01)(22)申请日2021.09.23G06F111/10(2020.01)G06F113/08(2020.01)(71)申请人西安理工大学G06F119/14(2020.01)地址710048陕西省西安市碑林区金花南路5号(72)发明人孙帅辉张祯朱国俊郭鹏程董勇(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人韩玙(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F30/27(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法(57)摘要本发明公开的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，包括建立数值计算模型；获取对旋流体机械两级叶轮的额定转速并分别调整转速范围；获取转速范围内两级叶轮转速匹配的样本点并输入数值模型，计算得到相应的扬程、水力效率和后置叶轮最低压力系数数据；进行响应面拟合，获得扬程、水力效率和后置叶轮最低压力系数的近似预测模型；以水力效率和后置叶轮最低压力系数最大值为优化目标，以扬程为约束条件，采用粒子群优化算法对对旋流体机械两级叶轮转速的最优匹配进行优化。本发明一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，能够改善后置叶轮的流态以提升整机的效率和稳定性。CN113868794ACN113868794A权利要求书1/2页1.一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于泵的三维模型，抽取从泵进口至出口的流体域，采用ICEM绘制流体域的网格，将网格导入ANSYSCFX建立数值计算模型；步骤2、获取对旋流体机械两级叶轮的额定转速，基于两级叶轮的额定转速分别调整两级叶轮的转速范围；步骤3、采用最优拉丁超立方采样方法获取步骤2得到转速范围内两级叶轮转速匹配的样本点，将不同样本点下的两级叶轮转速输入步骤1建立的数值模型，计算得到相应的扬程、水力效率和后置叶轮最低压力系数数据；步骤4、依据输入变量与输出响应的关系建立响应面近似模型，输入步骤3得到不同样本点下计算数据进行响应面拟合，获得扬程、水力效率和后置叶轮最低压力系数的近似预测模型；步骤5、基于步骤4中得到的近似预测模型，以水力效率和后置叶轮最低压力系数最大值为优化目标，以扬程为约束条件，采用粒子群优化算法对对旋流体机械两级叶轮转速的最优匹配进行优化。2.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤1中，在建立的数值计算模型中以水为工质，以一个大气压为进口压力，并给定计算的转速和出口流量Q，选择稳态计算模式，采用RNGK‑e湍流模型和壁面函数，设定最大迭代步长为1000步，收敛条件为最大归一化残差小于10‑4，采用CFX‑solver进行数值计算，当收敛后，从计算结果中输出泵的扬程h、输入功Pin和后置叶轮最低压力pmin；进而通过公式(1)计算水力效率ηh：式(1)中：ρ为密度，g为重力加速度；通过公式(2)计算后置叶轮最低压力系数Cp：式(2)中：V为后置叶轮圆周线速度。3.如权利要求2所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤1中给定的出口流量Q为1000m3/h。4.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤2中获取的两级叶轮额定转速均为1900rpm。5.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤2中调整得到的两级叶轮转速范围均不超过各自额定转速的15％，前置叶轮增大转速，后置叶轮减小转速。6.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤3中得到的样本数量为21。7.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤4中依据输入变量与输出响应的关系建立响应面近似模型为：2CN113868794A权利要求书2/2页式(3)中，y(x)为响应实际值，ε为响应实际值和响应近似值的随机误差，服从于[0,δ2]的标准正态分布；为响应近似值，选用四阶多项式，的计算公式为：式(4)中N＝2，表示设计变量数为2个，即前置叶轮转速和后置叶轮转速，x1为前置叶轮转速，x2为后置叶轮转速，β为响应面近似模型在拟合时需要确定的系数。8.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在于，所述步骤5中的约束条件为扬程30m以上。9.如权利要求1所述的一种对旋流体机械叶轮转速匹配优化方法，其特征在