離心泵葉輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)

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1、２０１２年７月第３０卷第４期Ｊｕｌｙ２０１２Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０１２．０４．００９離心泵葉輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)張人會，鄭凱，楊軍虎，李仁年（蘭州理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，甘肅蘭州７３００５０）摘要：對離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要困難在于復(fù)雜的內(nèi)流道形狀及其與泵水力性能間復(fù)雜的隱式關(guān)系，對基于ＮＵＲＢＳ的曲面設(shè)計(jì)方法、基于自由曲面變形方法及偏微分方程方法３種離心泵葉輪參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)行了詳細(xì)的介紹．為了減少計(jì)算量，采用偏微分方程方法對離心泵葉片幾何形狀進(jìn)行參數(shù)化控

2、制，參數(shù)化控制偏微分方程的邊界條件，假定方程中的控制參數(shù)ａ（ｕ，ｖ）為常量１，采用響應(yīng)面方法對泵葉輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)試驗(yàn)及模擬結(jié)果進(jìn)行二階多項(xiàng)式響應(yīng)面回歸，分析發(fā)現(xiàn)二階多項(xiàng)式響應(yīng)關(guān)系不能反映離心泵葉輪設(shè)計(jì)目標(biāo)與控制變量間的復(fù)雜的非線性關(guān)系．為此，在此基礎(chǔ)上提出采用偏微分方程構(gòu)建設(shè)計(jì)目標(biāo)的偏微分超曲面響應(yīng)，數(shù)值求解多維空間上偏微分方程的邊值問題，進(jìn)行優(yōu)化分析得到最優(yōu)設(shè)計(jì)．優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明提出的理論及方法是合理的．關(guān)鍵詞：離心泵；葉輪；參數(shù)化；響應(yīng)面法；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號：Ｓ２７７９；ＴＨ３１１文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號：１６７４－８５３０（２０１２）０４－０４

3、１７－０５ＰａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｓＺｈａｎｇＲｅｎｈｕｉ，ＺｈｅｎｇＫａｉ，ＹａｎｇＪｕｎｈｕ，ＬｉＲｅｎｎｉａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｗｅｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄａｎｄｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｌｉｃ

4、ｉｔｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｇｅｏｍｅｔｒｙｓｈａｐｅｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｐａｓｓａｇｅｓｗａｓａｍａｉｎｏｂｓｔａｃｌｅ．Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅＮＵＲＢＳｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ，ｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐａｒｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｏ

5、ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｓｔ，ａｐａｒｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｓｈａｐｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｉｍｐｅｌｌｅｒｓｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｓｕｐｐｏｓｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａ（ｕ，ｖ）ａｒｅｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ（ＲＳＭ）ｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔ

6、ｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｓ，ａ２ｎｄｏｒｄｅｒｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｒｉａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙ，ｉｔｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｔｈａｔａ２ｎｄｏｒｄｅｒｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｆａｉｌｓｔｏｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｂｌｅｓ．Ｓｏｔｈｅｐａｒｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕ

7、ａｔｉｏｎｓｈａｄｔｏｂｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｈｙｐｅｒｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎａｂｏｕｎｄａｒｙｖａｌｕｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈｙｐｅｒｓｐａｃｅｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｏｌｖｅｄ．Ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ，ａｎｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｓｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｃａｓｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄａｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉ