[發明專利]一種基于CFD的可調導葉對泵能量性能預測的方法

在審

• 申請號: 201410852277.7
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104636542A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 楊帆;劉超;周濟人;王芃也;邵正杰
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

1.一種基于CFD的可調導葉對泵能量性能預測的方法，其特征是，基于泵的CFD數值計算構建泵的能量性能數據庫；采用泵綜合特性繪制Visual?Fortran程序對泵能量性能數據進行處理繪制泵的綜合特性曲線，并輸出CFD數值計算的可調導葉安放角時任意數量的泵性能數據；以泵的效率和泵的揚程為因變量，以可調導葉的安放角和泵的流量為自變量采用多元非線性回歸分析方法分別構建通過2個自變量預測因變量的方法；具體包括以下步驟：

1)基于CFD數值計算構建不同可調導葉安放角時泵的能量性能數據庫；

采用CFD數值計算程序，對配不同可調導葉安放角的泵進行8～10個工況點的能量性能的三維定常數值計算，基于CFD數值計算結果，分別求出泵的揚程、效率；

泵的揚程H的計算式：

H=[Σi=1Noutlet(Psoutletρg)iNoutlet+Σi=1Noutlet(voutlet22g)iNoutlet]out-[Σi=1Nin(Psinρg)iNin+Σi=1Nin(vin22g)iNin]in+Zout-Zin---(1)]]>

式(1)中：P_s為斷面各節點的靜壓值；Z為斷面幾何中心的位能；v為斷面各網格節點的絕對速度；N為斷面網格節點數總和；下表outlet表示出口斷面；下表in表示進口斷面；

泵的效率η的計算式：

η=30ρgQHZZπnTp;TP=Σi=1NΔAi{[r→×(τ→·n→)]·ez}-Σi=1NPΔAi[(r→×n→)·e→z]---(2)]]>

式(2)中：為轉軸方向的單位向量；△A_i為壓力面或吸力面上第i單元的面積；為△A_i上的單位向量；為向徑；為不含靜壓力P的應力張量；Q為泵裝置流量；n為葉輪轉速。

2)基于Visual?Fortran程序繪制不同可調導葉時泵的綜合特性曲線，并輸出CFD數值計算的可調導葉安放角時任意數量的泵能量性能數據；

為繪制不同可調導葉安放角時泵的能量性能綜合特性曲線，規定：可調導葉出口水流方向與轉輪旋轉方向相同時，可調導葉安放角為正，反之為負；采用Visual?Fortran程序對步驟1建立的泵能量性能數據庫進行自動處理繪制出泵的能量性能綜合特性曲線，即泵的揚程、流量和效率3者的復雜關系曲線，并采用內插值的方法給出CFD數值計算的不同可調導葉安放角時任意數量的泵能量性能數據，為最終提出可調導葉對泵能量性能預測的數學模型奠定足夠的泵能量性能樣本數據；

3)構建可調導葉對泵能量性能預測的數學模型；

采用多元非線性回歸分析方法(Multiple?Non-liner?Regression)構造可調導葉對泵能量性能預測的數學模型，該數學模型一種快捷方法；

采用Gauss-Newton算法對非線性回歸方程系數進行求解；將可調導葉安放角θ記為x₁，流量Q記為x₂，揚程H記為y₁，可得非線性回歸方程1；將進口導葉片安放角θ記為x₁，流量H記為x₂，泵效率η記為y₂，可得非線性回歸方程2，回歸預測模型的準確度可通過數學模型的判定系數R₂進行評判(判定系數R₂需大于0.98)，若判定系數R₂不滿足要求，則需回到步驟2，重新輸出更多的泵性能數據樣本；

建立的2元3次非線性回歸預測數學模型的通用表達式如下：

y=a+bx1+cx2+dx12+ex22+fx1x2+gx13+hx23+ix1x22+jx12x2]]>

式中：a₁、b₁、c₁、d₁、e₁、f₁、g₁、h₁、i₁、j₁為回歸方程的常數及系數。

2.根據權利要求1所述的一種基于CFD的可調導葉對泵能量性能預測的方法，其特征是，所述Visual?Fortran程序包括如下流程：

步驟1、輸入泵的流量、揚程和效率的組數；

步驟2、分別依次輸入流量、揚程、效率坐標的間隔值；

步驟3、分別依次輸入流量起點和終點坐標、揚程的起點和終點坐標、效率的起點和終點坐標(提示：插值最好為公約數的倍數)；

步驟4、輸入劃分區間數(提示：區間數越大曲線擬合越接近)；

步驟5、采用中點分割和拐點分割相混合的Bezier曲線降階方法分別繪制流量-揚程曲線，流量-效率曲線；

步驟6、在擬合的流量-揚程線上采用插值法尋找效率值相等的點，并采用Bezier曲線降階方法對效率值相等的點進行連接擬合，最終獲得泵的綜合特性曲線。