[發明專利]基于流固耦合計算的離心泵葉輪水力及結構設計方法

在審

• 申請號: 201510675930.1
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105201901A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 王文杰;裴吉;袁壽其;張金鳳;顧延東
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D29/22
• 分類號: F04D29/22;F04D29/24;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到旋轉機械水力及結構設計領域，尤其涉及一種基于流固耦合計算的離心泵葉輪水力及結構設計方法。

背景技術

離心泵廣泛應用于農業灌溉、石化運輸、水利發電等領域，尤其是應用于輸送高壓流體介質的核電站、海水淡化等特殊行業中。在實際運行過程中，由于外界干擾、液體不穩動流動，泵不可避免地產生振動，進而影響泵的運行壽命及運行安全。在離心泵內部流動研究內容之一是流體和結構之間存在流固耦合作用現象，即流體的運動使得葉輪結構產生一定的變形，進而影響葉輪流道形狀，影響流體的流動。因此，有必要地開展結合流動耦合作用的離心泵葉輪設計方法研究。

目前在離心泵葉輪水力及結構設計過程中，主要是采用半理論半經驗相結合地對葉輪的水力幾何參數和結構參數進行計算，并對結構的機械強度進行校核，往往只有經驗豐富的泵設計者才能選擇合適的計算公式與相應的系數，最終實現產品的投入生產。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于流固耦合計算的離心泵葉輪及結構設計方法，得到最佳組合的水力幾何參數和結構參數，從而達到設計工況高效可靠安全的設計要求。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種基于流固耦合計算的離心泵葉輪水力及結構設計方法，包括以下步驟：

步驟一：根據離心泵設計工況的性能參數，對離心泵葉輪的水力幾何參數和結構幾何參數進行初始計算；

步驟二：對離心泵葉輪的水力幾何參數和結構幾何參數采用正交試驗表進行正交試驗多方案設計，對多方案采用流固耦合計算得到泵揚程、效率和葉輪最大應力值，分析水力幾何參數和結構幾何參數對水力性能和結構性能影響程度，得到影響離心泵葉輪水力及結構的重要的葉輪幾何參數；

步驟三，根據步驟二得到的影響離心泵葉輪水力及結構的重要的葉輪幾何參數，采用拉丁超立方試驗設計方法進行多方案設計，采用流固耦合計算各個方案的泵揚程、效率和葉輪最大應力值；

步驟四：建立計算得到的泵效率η、葉輪最大應力值σ與影響離心泵葉輪水力及結構的重要的葉輪幾何參數建立二次響應面模型，其中約束條件設為在設計工況下計算揚程不小于設計揚程：

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