多级离心泵流线型反导叶优化设计方法

技术特征：
1.多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，对原型多级离心泵反导叶结构，利用ansys平台在额定工况下进行数值模拟；步骤2，对步骤1所得的数值模拟结果进行后处理，得到原型反导叶结构流道内的流线图，在流线图上选取流线；步骤3，基于步骤2选取的流线进行初步优化，选取达到最优水利效率的流线型线；步骤4，对步骤3所得型线进行加载，得到非等厚的流线型多级离心泵反导叶；步骤5，对步骤4所得反导叶结构进行迭代优化，输出最后优化成功的多级离心泵流线型反导叶结构。2.根据权利要求1所述的多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：所述步骤2中，选取流线的具体过程为：对流线图中的流线进行b-spline插值取样，取样点数为m个，记原型单圆弧反导叶叶片型线的半径为r,记其中在n点处的曲率半径为r
n
,则记n点处的相对曲率半径3.根据权利要求2所述的多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：所述步骤2中，流线的选取原则如下：1)流线的任意点处的相对曲率半径满足：连续两点处的曲率满足：对所选取的流线进行编号，记通过上述选取原则选取的流线为被选第i条流线，i＝1,2,3
…
。4.根据权利要求3所述的多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：步骤3-1，对步骤2对选取的流线沿两侧对称以0.05r的尺寸进行增厚，对增厚流线结构的前后缘进行圆角化处理，得到初步优化的反导叶叶片，此时，记初步优化的反导叶叶片为由被选第1条流线作为型线构建的反导叶；步骤3-2，对由被选第1条流线作为型线构建的反导叶在额定工况下重新在ansys平台进行数值模拟，当初步优化成功的反导叶的水力效率大于原型反导叶时，表明优化成功，对判定为成功的叶片型线记为vane-j并输出至待选库，j＝1,2,3
…
，判定为失败的叶片型线则返回步骤2重新选取流线进行构造，具体判定的过程如下：其中，η0为原型反导叶结构的效率，η
i
为第i条流线作为型线初步优化后得到的反导叶的效率,δp
in
为反导叶入口总压，δp
out
为反导叶出口总压，p
w
为轴功率；步骤3-3，不断地重复迭代步骤3-1～3-2后，筛选出至少10条型线结果储存在待选库中，即vane-j中j≥10，对于待选库中的型线数据vane-j，选取其中水力效率最高的，记最优水力效率的型线为vane-max，最高水力效率选取过程的数学表达如下：
其中，η
vane-j/k
为以vane-j/k作为型线初步优化后得到的反导叶的效率,δp
in
为反导叶入口总压，δp
out
为反导叶出口总压，p
w
为轴功率。5.根据权利要求4所述的多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：所述步骤4中的非等厚的模型结构为：包括反导叶主体段(12)以及与反导叶上盖板(3)、反导叶下盖板(4)相连接的反导叶过渡段(13)。6.根据权利要求5所述的多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程为：将步骤4中加载初始厚度模型后的流线型反导叶在额定工况下进行数值模拟，对数值模拟的结果导入ansys平台后处理软件中进行处理，处理得到反导叶叶片的载荷分布曲线；当载荷分布曲线中，后盖板载荷曲线存在两个以上的峰值拐点、且后盖板载荷曲线与前盖板载荷曲线最大幅值差大于载荷平均值五分之一以上时，则认为载荷分布曲线的反导叶厚度加载模型判定为失败，改变加载参数，重新进行厚度的加载；当盖板载荷大于前盖板载荷，二者沿相对流向长度不断降低，且前后盖板载荷最大幅值差小于载荷平均值的十分之一，载荷曲线无峰值拐点的厚度模型，判定为优化成功，并输出为最后优化成功得到的反导叶结构。

技术总结
本发明公开了一种多级离心泵流线型反导叶优化设计方法，在不改变原有多级离心泵径向导叶叶片数与导叶结构整体尺寸的前提下，对反导叶结构展开优化。本发明能够确保减弱多级离心泵反导叶结构中的流动分离，降低反导叶区域的叶型损失与二次流损失，提高多级离心泵的整体效率。体效率。体效率。


技术研发人员：李晨昊 吴希桐 罗兴锜 李露 冯建军 朱国俊
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/10