离心叶轮叶型参数化设计研究
叶轮的设计
取：
： ８ ０（ ｎ ｌ ｍ）
一
２ ． 叶 片 螺线 平 面 图
ｔ 一一 背 叶 片 与 涡 室 间隙 取 ｔ ＝ １ ｍｍ
一
根 据 上 述 叶 轮 叶 片 曲面 螺 线 计 算 结 果 ，绘 制 叶 片 螺 线 。在
圆周 上 取 １ ６ 个 轴 面 ，每 两 个 轴 面 夹 角 为２ ２ ． ５ 。 ，当 Ｚ ＝ Ｏ 时， 空 螺 线 在 平 面 上投 影 ， 如 图 所示 ：
１ ９ ９ ７ ， ２ ０ （ ５ ） ： ６ －１ ３
３ ． 叶片 厚 度 计算 确 定 叶片 厚 度 时 ，应 注 意 到 铸 造 的 可能 性 ，对 铸 铁 叶 轮 ， 叶 片 最 小 厚 度 为３—４ 毫 米 ，本 次 设 计 的叶 轮 材 料 选 用ＭＴ 一 ４ ，叶 … 馘 拙 ：
【 １ 】 丁成伟 ． 离心 泵 与 轴 流 泵 ． 北京： 机械 工 业 出版社， １ ９ ８ １
１ ４ ３— １ ５ ８
【 ２ ］ Ａ ． Ｊ ． 斯捷潘诺夫． 离心 泵 和 轴 流 泵 ． 北京： 机 械 工 业 出 版 社
１９ ８０： ７ ４—９ ３
【 ３ 】 劳学苏， 何希杰． 螺旋 离心泵的原理 与设计方法． 水泵技术
Ｉ
＝
５． ６ ８ ７ （ｍｍ ）
Ｓ － － ６（ Ｉ Ｔ ｌ ｍ）
４ ． 背 叶 片 的设 计
图 卜 １叶 轮 轴 面 投 影 图
背 叶片 的主 要作 用 是 减 压 ，其 减 压 程 度 决 定 了背 叶片 的 几 何 参 数 。 背 叶 片 对 于 一 般 的 泵 而 言 ，还 有 另 一 个 作 用 ， 就 是 能
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究离心泵是一种常用的流体机械设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
其工作原理是通过离心力将液体推向出口，实现流体输送的目的。
离心泵的性能直接受到叶轮和蜗壳的设计参数的影响，因此对这些几何参数进行优化研究，可以改善离心泵的工作效率和节能性能。
叶轮是离心泵的核心部件，其结构形式多样，包括正向叶轮、背靠背叶轮和双吸入流通道叶轮等。
在进行叶轮设计时，需要考虑叶轮的轴长、轴功率、进口直径和出口直径等参数。
叶轮的直径越大，对应的扬程和流量也会增加，但是叶轮过大会导致泵的体积增大，造成不必要的浪费。
轴功率则与流量和工作压力有关，合理控制轴功率可以提高泵的工作效率。
另外，在叶轮的设计中，还需要考虑叶片的形状、数量和间隙等因素。
叶片的形状通常遵循空气动力学原理，采用弯曲或弯折形式，以减小流体在泵内的速度和压力变化，并提高泵的稳定性。
蜗壳是离心泵的另一个重要部件，其作用是引导进入泵的液体流向叶轮，并将离心泵的压力能转化为流体动能。
蜗壳的几何参数包括进口直径、出口直径、蜗舌角度和蜗舌长度等。
进口直径和出口直径是决定流量和扬程的关键参数，通常根据泵的设计工况和流体性质来确定。
蜗壳的设计还需要考虑蜗舌角度和蜗舌长度，这两个参数对泵的效率和稳定性影响较大。
蜗舌角度越小，流体在蜗壳内的速度变化越小，从而减小能量损失；而蜗舌长度越长，流体在蜗壳内的速度变化越平缓，减少压力波动和振动。
离心泵叶轮与蜗壳的几何参数优化研究的目标是找到一组最佳参数组合，使得离心泵在给定的工况下能够实现最大的效率和能量转换。
该研究可以通过理论计算、数值模拟和实验测试等方法进行。
对于叶轮的优化研究，可以通过设计不同形状和数量的叶片，采用数值模拟方法进行性能评估，并通过实际测试验证。
对于蜗壳的优化研究，可以通过调整进出口直径和蜗舌角度等参数，采用CFD模拟方法进行性能预测，并通过试验验证。
在离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究中，需要考虑的因素很多，如流体性质、工况参数、材料选择等，且不同泵的要求和工况也存在差异。
离心泵的设计叶轮的设计
概述
1982 年，A．布斯曼较早地在离心泵叶轮上采用对数螺旋线。1961 年，J． 郝比奇在“模型挖泥泵特性”一文中，通过实验指出，采用对数螺旋线叶形叶轮 的泵，其输送清水和浆体时的效率均高于渐开线等叶形的叶轮。目前渣浆泵叶轮 叶片型线设计中，比较广泛地采用对数螺旋线。本次的叶轮设计是以劳学苏以及 何希杰提出的螺旋离心泵叶轮叶片工作面和负压面空间曲线方程为依据进行的 设计，叶轮叶片型线为对数螺旋线。
订做机械设计（有图纸ＣＡＤ和ＷＯＲＤ论文） ＱＱ １００３４７１６４３ 或ＱＱ ２４１９１３１７８０
θ r Z N θ r Z
67.6 8.4 97.1 22 495 12.5 59.8 63.1 26.3 92.9 23 517.5 12.2 55.7 58.7 24.3 88.8 24 520 12 55.2 54.4 22.4 84.7 50.4 21.1 80.5 405 20.3 76.4 427.5 16.3 72.2 450 14.1 68.1 472.5 13 64
（5） b2 b3 曲面螺线方程：
2
θ = −150� ～ − 100�
订做机械设计（有图纸ＣＡＤ和ＷＯＲＤ论文） bb
（6）
3 4
r = 99.8[1 − 0.006θ ] Z = 186.41[1 − 0.006θ ]
θ = −100� ～86�
曲面螺线方程：
θ = 86 ～520 ＱＱ １００３４７１６４３ 或ＱＱ ２４１９１３１７８０ r Z
取 α 2 =45 � 11．叶轮出口倾角 α 3 ：
α 3 =7.79 × ln n s − 24.03
=7.79 × ln 115.244 − 24.03 =12.95 � 取 α 3 =13 � 12．叶轮出口最小直径 D2 min ：
某离心叶轮叶片改型设计研究
10.16638/ki.1671-7988.2021.05.019某离心叶轮叶片改型设计研究*覃玄，朱涛（湖北汽车工业学院汽车工程学院，湖北十堰442002）摘要：该文以某高压比离心叶轮为研究对象，以改善叶轮流动特性和提升叶轮的气动性能为目标对其叶片进行改型设计。
文章基于ANSYS BladeGen，采用四阶Bezier曲线对叶轮叶顶弧线以及叶根弧线进行参数改变，通过流场数值模拟分析得到最终设计叶型。
数值模拟结果表明，新设计叶型离心叶轮相较于原叶轮压比提高了0.87%，效率提升了5.69%，达到了本次改型设计的目标。
关键词：离心叶轮；Bezier曲线；叶型设计中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)05-66-04Research on the Blade Modification Design of a Centrifugal Impeller*Qin Xuan, Zhu Tao( Hubei University of Automotive Engineering Department of Automotive Engineering, Hubei Shiyan 442002 )Abstract: This article is aimed to improve the flow characteristics and aerodynamic performance of a centrifugal impeller. Based on ANSYS BladeGen, by using four order Bezier curve the parameters of tip arc and the hub arc were changed, then the final blade was obtained through the numerical calculation of the flow field. The results show that, the newly designed centrifugal impeller has a 0.87% increase on the pressure ratio and a 5.69% increase on the efficiency, which also has achieved the goal of this article.Keywords: Centrifugal impeller; Bezier curve; Blade designCLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)05-66-04引言压气机是废气涡轮增压器的重要组成部分，本文研究的离心叶轮则为压气机的核心部件[1]。
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究离心泵叶片的参数化设计及其优化研究一、引言离心泵作为一种常用的流体输送设备，广泛应用于各个领域，如农田灌溉、工业制造、城市供水等。
离心泵的性能直接影响到其输送效率和工作稳定性，而离心泵叶片作为重要组成部分之一，对泵的性能起着至关重要的作用。
因此，对离心泵叶片的参数化设计及其优化研究具有重要的理论价值和实践意义。
二、离心泵叶片的参数化设计方法离心泵叶片的参数化设计是指对离心泵叶片几何形状进行数学描述，并通过改变参数来控制叶片的形状。
常用的参数化设计方法包括几何参数法、本构参数法和控制点参数化法等。
1. 几何参数法几何参数法是基于对离心泵叶片的几何特征进行数学建模的方法。
通过定义一组几何参数，如叶片弯度、扭曲角度等，来描述叶片的形状和曲线特征。
然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片形状的控制和调整。
2. 本构参数法本构参数法是基于材料力学理论的方法，通过定义一组本构参数，如叶片的刚度、弹性系数等，来描述叶片的力学特性。
然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片的力学性能进行优化和调整。
3. 控制点参数化法控制点参数化法是一种基于控制点的方法，通过选择叶片上的关键控制点，并在这些控制点上定义参数，来描述叶片的形状。
然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片形状的调整和优化。
三、离心泵叶片参数化设计的优化研究方法离心泵叶片的参数化设计过程中，如何选择和调整参数的取值，以实现对叶片形状的优化和调整，是一项复杂而关键的研究内容。
1. 多目标优化方法离心泵叶片的参数化设计问题通常涉及到多个目标，如提高泵的输送效率、降低泵的能耗等。
为了解决多目标优化问题，可以采用多目标优化算法，如遗传算法、粒子群优化算法等，来搜索叶片参数空间中的最优解。
2. 响应面方法响应面方法是一种基于统计建模的方法，通过建立叶片形状与性能指标之间的关系模型，来预测叶片形状的最优取值。
通过对响应面模型进行插值和优化计算，可以实现对叶片形状的优化和调整。
离心泵叶轮数字化制造技术研究及应用的开题报告
离心泵叶轮数字化制造技术研究及应用的开题报告一、研究背景离心泵是一种常见的流体输送设备，广泛应用于工业生产及生活中。
离心泵的关键部件之一是叶轮，其质量和形态会直接影响泵的性能和效率。
传统的离心泵叶轮制造一般采用铸造、铸锻等方法，不仅成本高，而且加工精度和效率难以保证。
随着数字化制造技术的发展，基于数字化制造的离心泵叶轮制造技术成为研究热点。
本课题旨在通过数字化制造技术应用于离心泵叶轮制造，提高叶轮加工精度和效率，降低成本，提高泵的性能和效率。
二、研究内容1. 离心泵叶轮制造方法的现状及问题目前，离心泵叶轮制造主要采用铸造、铸锻等方法。
这些方法存在许多问题，如成本高、加工精度低、周期长等。
本部分将回顾离心泵叶轮现有的制造方法，分析其存在的问题，为数字化制造技术的应用提供基础知识。
2. 离心泵叶轮数字化制造技术的原理与流程数字化制造技术包括CAD、CAM、CNC等技术，其可以将叶轮的CAD设计文件直接输入到加工设备中进行生产。
本部分将介绍数字化制造技术的原理和流程，包括叶轮的CAD设计、数控程序的编写、加工设备的选择和操作等。
3. 数字化制造技术在离心泵叶轮制造中的应用本部分将探讨数字化制造技术在离心泵叶轮制造中的应用，重点讨论其在加工精度、效率、成本等方面的优势和效果。
另外还将对数字化制造技术在离心泵叶轮制造中存在的问题进行分析和探讨。
三、研究意义本课题将针对当前离心泵叶轮制造中存在的问题，探索数字化制造技术在离心泵叶轮制造中的应用，通过提高制造精度和效率，降低成本，进而改善离心泵的传输性能和效率。
该研究具有理论意义和实际应用价值，能够为离心泵相关领域的研究和应用提供新的理论和技术支持。
四、研究方法本研究采用文献资料法、实验研究法、数值分析法等研究方法，通过对离心泵叶轮制造现状和数字化制造技术的原理与流程的分析，结合实验数据和数值模拟结果，对数字化制造技术的应用效果进行评价和总结。
五、预期成果本研究预期能够总结离心泵叶轮数字化制造技术的应用优势和效果，提供数字化制造技术在离心泵叶轮制造中的应用方案和相关技术支持，为离心泵相关领域提供理论和实践经验支持。
离心通风机叶轮的设计方法简述
离心通风机叶轮的设计方法简述如何设计高效、工艺简单的离心通风机一直是科研人员研究的主要问题，设计高效叶轮叶片是解决这一问题的主要途径。
叶轮是风机的核心气动部件，叶轮内部流诱导风机动的好坏直接决定着整机的性能和效率。
因此国内外学者为了了解叶轮内部的真实流动状况，改进叶轮设计以提高叶轮的性能和效率，作了大量的工作。
为了设计出高效的离心叶轮, 科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规律, 寻求最佳的叶轮设计方法。
最早使用的是一元设计方法[1] ，通过大量的统计数据和一定的理论分析，获得离心通风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。
在一元方法使用的初期，可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算，确定离心叶轮和蜗壳的关键参数，而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。
这种方法非常粗糙，设计的风机性能需要设计人员有非常丰富的经验，有时可以获得性能不错的风机，但是，大部分情况下，设计的通风机效率低下。
为了改进，研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行设计[2-3] ，如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧，这种方法设计的叶轮虽然比前一种一元设计方法效率略有提高，但是该方法设计的风机轮盖加工难度大，成本高，很难用于大型风机和非标风机的生产。
另外一个重要方面就是改进叶片设计，对于二元叶片的改进方法主要为采用等减速方法和等扩张度方法等[4] ，还有采用给定叶轮内相对速度W 沿平均流线m 分布[5] 的方法。
等减速方法从损失的角度考虑，气流相对速度在叶轮流道内的流动过程中以同一速率均匀变化，能减少流动损失，进而提高叶轮效率；等扩张度方法是为了避免局部地区过大的扩张角而提出的方法。
给定的叶轮内相对速度W 沿平均流线m 的分布是柜式风机通过控制相对平均流速沿流线m 的变化规律，通过简单几何关系，就可以得到叶片型线沿半径的分布。
以上方法虽然简单，但也需要比较复杂的数值计算。
随着数值计算以及电子计算机的高速发展，可以采用更加复杂的方法设计离心通风机叶片。
加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究
收稿日期:2007-01-29; 修订日期:2007-04-16作者简介:吕玉坤(1964-),男,河北保定人,华北电力大学副教授.文章编号:1001-2060(2008)02-0131-04加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究吕玉坤,王 建,张 健,卢 权(华北电力大学能源与动力工程学院电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003)摘 要:利用NUMECA软件对G4 73No.8D型离心风机进行了叶轮内部流场的三维数值模拟和流动分析,发现在叶轮出口处存在着明显的射流-尾流结构。
为削弱这一结构对风机性能的不良影响,对风机叶轮进行了加装短叶片的数值模拟,依据叶轮流场的改善情况,确定了短叶片的优化参数,并在此基础上,进行了风机性能的对比性实验。
结果表明,改进后的风机全压明显提升,其额定工况下的效率有所提高,高效区有小幅加宽。
关键词:离心风机;射流-尾流;短叶片;数值模拟;实验研究中图分类号:TH432 文献标识码:A引 言风机耗电量约占火电机组发电总量的1.5%~ 3%,其运行费用已直接影响到电厂的经济性[1]。
目前离心风机在我国电厂中仍占有较大比例,且随着除尘、脱硫装置等设备的增加和送风系统的老化,原有风机已不能满足生产需要,而更换新的风机将增加设备投资和运行费用。
因此,研究和改造现有离心风机以提高其性能,对电厂的节能增效具有重要意义。
研究表明[2~3]:有限叶片叶轮对流体的做功存在不均匀性,在叶片非工作面边界层分离严重,存在明显的射流-尾流结构,阻碍了流体在叶轮流道内的流动,恶化了风机性能。
在叶轮流道内容易发生边界层分离的部位加装短叶片会对非工作面附近的流体起到加功作用,可有效地抑制边界层分离现象的发展。
1 叶轮加装短叶片前、后的数值模拟及参数优化以G4 73No.8D型离心风机为具体研究对象,利用NUMECA软件对加装不同参数短叶片的离心叶轮流场进行数值模拟研究,以确定短叶片的优化参数。
低比转速离心泵叶轮叶片型线的拟合研究
上作一线段，令其与横线间的角度为叶片的出口安装角
： ，
而后平行移 动此线 ，使之 与进 口角的线段相交 ，
并使出口 端点到交点的长度稍大干进口端点到交点的长
度 ，以保持 出 Ｉ Ｚ ｌ 端 点附近有一段叶片的安装 角都 为出 Ｉ Ｚ ｌ 安装角 ，然后用光滑的 曲线代替此两相 交的 线段 ，使安
１ ． 流道形状
该离心 泵叶轮 的 设计参 数为 ：流量Ｑ＝１ ５ ８ ｍ ／ ｈ ， 扬程 ＝１ ２ ２ ｍ，转速ｎ ＝ ２ ９ ８ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ，该Ｉ １ ｒ 轮的结构形式 为 单吸 式离心 叶轮 ，被输 送介 质为清 水。根据 叶轮 的
设计 参数和 外形结构确 定叶轮流 道的结构 尺寸 ，如 图１ 所示 。 图ＣＤ 、Ｄ， 、Ｄ 、易 ： 和 分别为Ｈ 十 轮｝ ｉ ＿ ； Ｖ Ｉ 直径、
３ ）将 流面简化 为矩形 方格网 ，在 方格 网上 画出前
后盖板流面 和中间流面 的叶片展开线。
一
、
前言
４ ）在叶轮流道面 上绘 Ｎ， － ｔ 一 片的轴面 截线。 ５ ）根据叶轮 流道面上 的叶片轴面 截线 圈，得到叶 片的木模 图
低 比转速 离心 泵其 比转 速一 般为３ ０ ～８ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，与 中 、高 比转速 离心 泵相 比 ，具有 扬程 高 、流量 小等 特 点 ，在石油 、化 工、冶金及轻工业等领域 内广泛应用 。
复算 修改 才能 得到 过渡 光滑 、具 有 良好性 能的 叶 片形 状 ；因而现有叶 片设计方 法难以实现叶 片结 构参数的修
叶轮入 口直径、叶轮轮毂直径 、叶轮出 口宽度和流道宽 度； ： 、月 和 分 别为前盖板 圆弧半径 、后 盖板 圆弧半
离心泵叶轮设计方法的探讨
离心泵叶轮设计方法的探讨离心泵叶轮的设计是离心泵性能决定的关键因素之一、离心泵叶轮将液体的动能转化为静压能，其设计对于泵的效率、流量和扬程等性能参数有着重要的影响。
本文将从叶轮的几何形状、通道设计和材料选择等方面探讨离心泵叶轮的设计方法。
首先，离心泵叶轮的几何形状对泵的性能有着重要的影响。
叶轮的叶片数目、倾角和弯度等参数应根据泵的使用场景和所需性能来选择。
叶片数目的选择应考虑流体的特性、流量和扬程等因素，一般来说，叶片数目越多，泵的效率越高，但过多的叶片会增加摩擦损失，从而降低泵的效率。
叶片的倾角和弯度则决定了流体在叶轮中的流动情况，倾角适当增大可以提高泵的扬程，但也会增加泵的压力损失。
其次，叶轮的通道设计是叶轮性能优化的关键。
通道的设计包括进口通道、叶片形状和出口通道三个方面。
进口通道应尽量减小流体的流量不均匀性，减小流体的涡流损失。
叶片的形状应使得流体在通过叶轮时能够稳定地流动，减小涡流损失和漏流现象。
出口通道应能够使流体的速度适当增大，以提高泵的扬程。
通道设计的优化可以通过计算流体的传递过程中的各种流动参数，然后进行较为复杂的模型计算或者使用计算流体动力学（CFD）软件仿真分析。
最后，叶轮材料的选择也对离心泵叶轮的性能有着直接的影响。
叶轮在工作中需要承受较大的离心力、摩擦和冲击，因此材料选择应考虑到强度、耐磨性和耐腐蚀性等因素。
一般来说，常用的叶轮材料包括铸铁、不锈钢和耐腐蚀合金等。
不同的泵工况需要使用不同的叶轮材料，因此应根据实际工作条件进行选择。
综上所述，离心泵叶轮的设计涉及叶轮几何形状、通道设计和材料选择等多个方面。
针对不同的工况和需求，可以通过调整叶轮的几何参数和通道设计来实现泵的性能优化。
通过合理选择叶轮材料，可以提高泵的耐久性和使用寿命。
离心泵叶轮的设计方法需要综合考虑多种因素，以确保泵的运行稳定和高效。
基于离心泵参数优化设计及分析
基于离心泵参数优化设计及分析为了解决离心泵扬程短、功率小的问题，文章对离心泵的参数进行了优化分析，其中包括：离心叶轮CAD参数优化设计、内流参数优化设计以及响应曲面参数优化设计。
优化设计为得到高性能运行稳定的离心泵研发提供了保证，也将会创造不可估计的社会效益和经济效益。
标签：离心泵；优化设计；水断面；流体半径引言原有离心泵在设计结构上存有一定的缺陷因素，无论是在扬程方面还是在电机运行功率方面都难以达到实际要求。
而现有模式中通过对离心泵参数的优化设计，不但解决了扬程短、功率小的缺陷，而且在离心泵叶轮设计结构上也有了一定的突破，提高了设备的运行效率。
1 离心泵叶片设计优化近年来，国内针对离心泵叶片设计的研究有了一定的突破，其中针对叶片安放角、叶片数量以及叶片出口宽度等进行了优化设计分析，叶片安放角指的是叶轮叶片进口与出口之间的夹角，若出口与进口的夹角越大，运行时产生的流体压强便越大；设计优化过程中对叶片安放角采用极限最大值算法，数值取无穷大时，该极限值会趋于0；取0时，该极限值会趋于无穷大；取定某一值时，便会趋于一个特定的数值，该数值便为叶片安放角的角度，即。
叶片数的优化设计需要根据叶轮的半径进行制定，假设在模拟过程中，设定叶轮半径维数变量为n，则在优化设计过程中需要进行2n次的流场计算，才能得到较为合理的叶数值。
针对叶片出口宽度方面的优化设计，叶片宽度根据叶片包角和叶片数量进行选定，设定叶片的包角为&、比转数为ns、z为叶片数，一般包角&的取值在90-120°，比转数固定，根据参数代换便可求出叶片出口宽度。
这种方案在现如今离心泵优化设计中较为普遍，并取得了较好的试验成果。
2 离心泵参数优化设计2.1 离心叶轮CAD参数优化设计离心叶轮CAD设计采用的是三维模式，但是由于传统设定的设计参数较为复杂，所以给叶轮流动结构的设计加大了难度。
如图1所示，在叶轮流体半径设计中，通过改变外侧半径Rc以及流道中线的长度增大离心叶轮过水断面的面积F，但是随着长度L的增加，该面积便会趋于一定峰值。
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究一、本文概述离心泵作为一种常见的流体输送设备，广泛应用于工业、农业、城市供水等领域。
叶片作为离心泵的核心部件，其设计质量直接影响到泵的性能和效率。
因此，对离心泵叶片的参数化设计及其优化研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在通过对离心泵叶片的参数化设计进行深入研究，建立一套高效、精准的叶片设计方法。
在此基础上，进一步探讨叶片设计的优化策略，以提高离心泵的性能和效率。
本文的研究内容涵盖了离心泵叶片的几何参数、流体动力学特性、优化设计方法等多个方面，旨在为离心泵的设计制造提供理论支持和技术指导。
本文将对离心泵叶片的几何参数进行详细的分析和研究，包括叶片的形状、尺寸、安装角度等。
通过对这些参数进行参数化描述，建立起叶片设计的数学模型，为后续的优化设计提供基础。
本文将深入研究离心泵叶片的流体动力学特性，包括流场分布、压力分布、速度分布等。
通过对这些特性的分析，可以进一步揭示叶片设计对泵性能的影响机制，为优化设计提供理论依据。
本文将探讨离心泵叶片的优化设计方法。
通过采用先进的优化算法和计算流体力学技术，对叶片设计进行迭代优化，以达到提高泵性能和效率的目的。
还将对优化后的叶片设计进行实验验证，以确保其在实际应用中的可行性和有效性。
本文将对离心泵叶片的参数化设计及其优化进行深入研究，旨在建立一套高效、精准的叶片设计方法，并探讨其在实际应用中的优化策略。
本文的研究成果将对离心泵的设计制造具有重要的指导意义，有望推动离心泵技术的进一步发展。
二、离心泵叶片参数化设计离心泵叶片的参数化设计是一个涉及多个复杂因素和多学科知识的综合性问题。
在进行参数化设计时，我们需充分理解离心泵的工作原理和流体动力学特性，并结合现代设计方法和计算机技术，以实现高效、精确的叶片设计。
叶片的几何参数是参数化设计的核心。
这些参数包括但不限于叶片的进口角、出口角、叶片数、叶片厚度、叶片安装角等。
这些参数的选择直接影响到泵的性能，如流量、扬程、效率等。
基于K-ain离心压气机叶轮的叶型优化
第37卷,总第214期2019年3月,第2期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.214Mar.2019,No.2 基于Krain离心压气机叶轮的叶型优化姜戴宇1,2,王宏光1,2,韩铁鹰3(1.上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;2.上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海 200093;3.中电投珠海横琴热电有限公司,广东 珠海 519031)摘 要:本文以设计压比为4.7的Krain离心叶轮为研究对象,以设计工况下多变效率为优化目标,对压气机叶型进行优化。
采用CFX软件对其进行数值模拟,通过对内部流场分析发现叶轮入口存在较强的激波;基于ANSYS Design Exploration平台,采用Bezier曲线对该离心叶轮的叶片中弧线进行参数化,通过改变Bezier曲线控制点得出一系列设计叶型;对设计叶型进行数值模拟,筛选得出最优结果。
优化后,设计工况下,叶轮多变效率提高0.84%,叶轮入口激波强度有所降低;同时也证明了使用ANSYS Design Exploration平台进行离心压气机优化的可行性。
关键词:Krain叶轮;离心压气机;高压比;数值模拟;叶型优化中图分类号:TK14 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2019)02-0161-05 Blade Profile Optimization based on Krain Centrifugal Compressor ImpellerJIANG Dai-yu1,2,WANG Hong-guang1,2,HAN Tie-ying3(1.School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai200093, China;2.Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering,Shanghai200093, China;3.China Power Investment Zhuhai Hengqin Thermal Power Co.,Ltd.,Guangdong519031,China)Abstract:In this paper,the Krain centrifugal impeller with a designed pressure ratio of4.7is taken as the research object,the polytropic efficiency under the design condition is the optimization goal.The CFX software is used to simulate the internal flow field.Through the analysis of the internal flow,there is a strong shock wave at the inlet of the impeller.Based on ANSYS Design Exploration platform,parame⁃terizing the mean camber line of the centrifugal impeller’s blade by Bezier curve.A series of design blades will be produced after changing the control points of Bezier curve.Simulating the design blades and the optimal results are obtained by screening.After optimization,under the design condition,the polytropic efficiency of the impeller increased by0.84%,the strength of shock wave at the inlet of the impeller decreased.The feasibility of using the ANSYS Design Exploration platform for centrifugal com⁃pressor optimization was also proved.Key words:Krain impeller;centrifugal compressor;high pressure ratio;numerical simulation;blade profile optimization收稿日期 2018-07-23 修订稿日期 2018-08-19基金项目:上海市科委科研计划项目资助(13DZ2260900)作者简介:姜戴宇(1993~),男,硕士研究生,主要从事动力机械研究。
离心泵叶轮扭曲叶片参数化实体造型方法探讨
．２０ ．ＤＲＡＩＮＧＥ ＡＮＤ ＩＲＲＩＧＡＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Vol. 22 No. 1作者简介：戴玉姝（１９６６－）女，江苏镇江人，讲师，研究生，主要从事机械ＣＡＤ／ＣＡＭ方面研究。
离心泵叶轮扭曲叶片参数化实体造型方法探讨戴玉姝，王 霄，蔡 兰（江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 ２１２０１３）摘 要：工程上广泛使用二维木模图为依据来表达叶轮模型。
提出了沿等高线方向和沿轴截面方向给定的线型两种方法，实现水泵叶轮扭曲叶片及叶轮的参数化实体造型。
在叶轮扭曲叶片参数化实体造型中对所求曲线、曲面的光顺方法进行了探讨，使扭曲叶片的造型更加准确、光滑，为进行叶轮流动性分析、数控加工模具等提供了良好的模型基础。
关键词：扭曲叶片；曲面光顺；参数化实体造型中图分类号：ＴＨ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－６２５４（２００４）０１－００２０－０３０ 引言目前在离心泵设计中，叶片形状的设计一般是按经典理论，通过计算绘型来完成的［１］。
叶片的形状已经能够利用计算机生成二维的叶片木模图。
随着计算机集成技术的发展，要实现 ＣＡＤ／ ＣＡＭ一体化，叶片参数化实体造型是至关重要的前提。
近些年来随着一些高新计算机软件的出现，如ＰＲＯ／Ｅ、ＵＧ－Ⅱ等 ，它们都具有造型、数控加工、后置处理等功能模块，为产品实现 ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化提供了良好的条件。
由于叶片为空间曲面，在曲面的拟合上一直存在问题。
本文利用ＰＲＯ／Ｅ实现了扭曲叶片参数化实体造型，并对空间曲线、曲面的光顺方法进行了研究，使扭曲的叶片的造型更加准确、光滑。
１ 扭曲叶片参数化实体造型方法计算机给出的二维木模图提供了叶片轮廓边界和叶片工作面、背面的型值点，由这些点可以拟合出一定走向的叶片表面曲线和边界曲线（叶片前后盖板的流线）。
但是，由于二维木模图所提供的数据很难形成ＣＡＤ所要求的光滑曲线，故还必须对其进行光顺处理。
由处理后的空间曲线拟合出的扭曲叶片才会更加光顺。
离心泵叶轮的参数化设计_张人会
Parametric design of centrifugal pump impellers
Zhang Renhui，Zheng Kai，Yang Junhu，Li Rennian
（ School of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou，Gansu 730050 ，China）
418
排灌机械工程学报
第 30 卷
在离心泵的传统设计方法中， 设计人员的经验 对泵产品的设计质量有很大的影响， 且优秀的水力 模型需要较长的设计周期， 优化设计难以进行． 这是 由于泵的水力性能与其复杂的内流道形状之间复杂 的隐式关系所致， 该问题在形状优化领域被称为具 也是流体 有流动约束的功能曲面的形状优化问题， ［1 － 2 ］ ． 早期的 力学、 优化理论等领域的研究热点问题 研究者 采用一元理论或试验的方法分析叶轮叶 片、 蜗壳等关键几何参数如叶轮外径、 叶轮出口宽 度、 叶片进出口安放角、 叶片包角、 叶片数、 蜗壳喉部 面积等对 泵 水 力 性 能 的 影 响 ． 近 年 来 ， 随着流动 计算技术的发展 ， 泵的水力性能可以由三维流场 的数值计算来进行 预 测 ， 从而可以实现基于数值 模拟的泵性能预测 基 础 上 的 泵 优 化 设 计 研 究 ． 从 优化方法的角度而 言 ， 可分为基于演化算法的泵 叶轮优化方法 、 基于 梯 度 优 化 方 法 及 基 于 试 验 设 计的响应面优化方 法 等 ． 基 于 演 化 算 法 的 优 化 方 法全局性好 ， 而且对 目 标 函 数 的 性 质 几 乎 没 有 特 但 对 于 自 变 量 维 数 较 大 的 情 况 下， 样本 殊 要 求， 数 大， 计 算 量 太 大． 基 于 梯 度 的 优 化 方 法 沿 着 目 标函数对 设 计 变 量 的 梯 度 方 向 逐 步 更 新 设 计 变 量， 其在离心泵设计 中 应 用 的 主 要 困 难 在 于 梯 度 矢 量 难 以 求 解， 计 算 量 大． 响 应 面 方 法 通 过 主 动 收集数据的方法 ， 应用统计学方法寻找目标函数 与各影 响 因 子 间 的 定 量 关 系 ， 计算成本大大降 ［5］ 已被用于离心压缩机的优化设计 ． 低， 文中在实现离心泵叶轮参数化设计的基础上， 采用响应面优化方法对离心泵叶轮进行优化设计研 究， 对控制变量进行编码变换， 试验设计及数值试 验， 根据试验结果进行二阶多项式响应面回归 ， 并在 二阶多项式响应面模型的基础上提出偏微分超曲面 响应优化模型．
离心叶轮的优化设计综述
离心王进/ 西北工业大学摘要：本文综述了离心叶轮三维优化设计的研究进展，着重介绍了离心叶轮三维参数化形状优化设计法，离心叶轮的响应面法优化设计法，基于速度系数法的离心叶轮优化设计法，利用三维紊流数值模拟进行离心叶轮优化设计，离心叶轮三维反问题气动优化设计法，采用遗传算法的离心叶轮多目标自动优化设计，混合遗传算法的离心叶轮优化设计等。
阐述了国内外对离心叶轮优化的研究进展，并对离心叶轮三维优化设计的发展进行了展望。
关键词：离心叶轮三维优化数值模拟参数化压气机前言离心式压气机由于能在较小的空气流量下获得较高的单级增压比和较宽的稳定工作裕度而得到广泛的应用，尤其是在中小型航空发动机中，离心式压气机更是不可缺少的关键部件，叶轮是离心式压气机中的核心部件，一般由叶片和轮盘组成，作用是把机械能转换为气体动能，随着离心压气机向小流量高速化高压比等方向发展，对叶轮的要求也越来越高[1]，在运行过程中一旦叶轮出现问题，轻则停机，造成经济损失，重则引起机器报废甚至人员伤亡。
因此对离心叶轮进行有限元分析和优化设计越来越受到人们的重视，目前在国内外逐渐对叶轮优化设计引起重视的情况下，对国内外离心式叶轮优化设计技术进行综述显得尤为重要。
早期国内外对离心叶轮的优化主要是针对叶轮外径，叶片安放角，叶片包角，叶片数等参数化对整机性能的影响分析[2~9]，通常称之为损失极值法，近年来随着流动技术的发展对于叶轮的优化的研究主要是分析叶型线的改变对整机性能的影响，但由于叶轮的参数设计难以实现，所以此方法也有局限性，较多的是利用现代流动计算及流场测试技术来研究叶轮内部流动，针对流动参数的分布，分析设计是否合理，并进行改型设计[10~14]，这种优化方法也称为从正问题出发的反问题，虽然这种优化获得了较好的设计结果，不过这种方法具有较大的随性和盲目性，没有严密的优化理论难以找到最优的设计，随着计算机技术及优化理论的发展，离心叶轮优化设计的方法主要有基于梯度的优化设计和基于演化算法的全局优化方法，基于演化算分的优化算法主要是遗传算法。
低比转速离心泵叶轮流道形状的参数化设计
低比转速离心泵叶轮的流道形状是影响离心泵性能的关键因素之一。
为实现叶轮流道形状的参数化设计，可采用以下步骤：
确定叶轮流量和扬程等性能参数，以及叶轮的外径和转速等基本设计参数。
建立叶轮流道形状的数学模型，选择适当的参数化设计方法和优化算法，对叶轮的流道形状进行参数化设计和优化。
根据叶轮流道形状的设计要求和优化结果，确定叶轮的流道形状，包括叶片数、叶片弯曲程度、叶片厚度和叶片弯角等参数。
使用计算流体力学（CFD）软件对叶轮进行流场分析和性能预测，根据分析结果进行叶轮的修改和优化。
在实际制造过程中，根据叶轮的流道形状和性能要求进行加工和装配，保证叶轮的流量、扬程和效率等性能指标达到设计要求。
需要注意的是，在进行叶轮流道形状的参数化设计过程中，需要考虑叶轮的工作环境、介质特性、材料性质和加工工艺等因素，以确保叶轮的稳定性和耐久性。
同时，在进行叶轮的流场分析和性能预测时，需要考虑实际使用条件下的流体状态和动态变化等因素，以提高分析结果的准确性和可靠性。
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Parametric Design Research of The Centrifugal Impeller
Zuo Pan，Li Xiaojian，Liu Zheng-xian
（Tianjin University，Tianjin 300350，China）
Abstract：Based on the principle of maximum mass flow，the basic structure and aerodynamic parameters of centrifugal impeller were established，and the 3D parameters were obtained by a design method that integrates the endwalls（hub and shroud）design， the blade camber curve design and the blade thickness design. A brand-new parametric design was carried out on the impeller with Eckardt impeller as the reference object and under the premise that the performance of the original design point is guaranteed. The numerical calculation method was used to carry out 3D simulation of the new impeller. The feasibility of parametric design herein was verified through comparison with the performance of the original impeller. Key words：centrifugal impeller；blade profile；maximum mass flow；parametric design
γ
−1
/
1 +
γ
−1 2
M
2 w1
×
cos2
β 1s
ε
γ −1 γ
在最大流量系数处对式（3）求偏导得出最佳
ρ1 ——进口气流密度。
进口气流角为：
根据 Dixon［10］的研究，将φ 表示为与进口马
赫数和进口气流角相关的函数：
( ) cos
β 1s,opt
= 1 /
γ
−1
ห้องสมุดไป่ตู้
Mw21 + 31/2
（4）
φ=
( ) ( ) ( ) ( ) 其中
kM
43
此基础上获得最佳进口气流角和相对马赫数，叶 轮其它基本结构与气动参数由相应公式获得［9］。
为了表示叶轮流通能力，令无量纲流量系数
φ 为：
式中
φ= m
π 4
D22
u2
ρ 1
m ——质量流量；
（1）
D2 ——叶轮出口直径；
图 1 无量纲数与进口轮盖处气流角 β1s 的函数关系
u2 ——出口圆周速度；
部件之一，其叶型设计对压缩机整机性能有重大 影响［1］。
20 世纪 50 年代，吴仲华提出“叶轮机械三元
叶片子午型线设计、中弧线设计、厚度设计等集 成于课题组自行开发的软件平台 Impeller Studio， 快 速 实 现 对 叶 轮 的 参 数 化 设 计 要 求［6-8］。 以
流动的通用理论”，将叶片通道的三维问题简化为 Eckardt 叶轮为原型，进行了全新的参数化设计与
42 第 47 卷第 3 期 doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2019.03.008
流 体 机 械
2019 年 3 月
离心叶轮叶型参数化设计研究
左 盼，李孝检，刘正先
（天津大学，天津 300350）
摘 要：基于最大流量设计原则，建立离心叶轮的基本结构与气动参数；采用子午型线设计、叶片中弧线设计和叶片厚度设
0 引言
值模拟技术、子午面流道参数化与单纯型法寻优
相结合，完成离心压气机工作轮气动设计。
离心压缩机作为主要的动力设备，在航空发
为提高叶轮的设计效率，本文基于最大流量
动机辅助动力系统、微型燃气轮机、涡轮增压器等 思想，采用实际三维叶片厚度转化为 B2B 平面叶
领域发挥着不可替代的作用。离心叶轮作为核心 片厚度的设计方法解决了叶片厚度设计难题。将
S1，S2 流面二维问题，对整个叶轮机械的发展起 到了极大的促进作用［2］。随后，研究人员致力于
三维造型，并将数值模拟结果与试验对比，检验设 计方法的有效性。
叶轮参数化设计，采用少量的参数及型线设计规 律来确定叶轮三维几何形状。W.Jansen 等［3］于
1 基本结构与气动参数设计
1975 年提出离心叶轮叶片扭曲设计的反向设计 方法。谷传文等［4］基于“全可控涡”的设计思想， 完成了离心叶轮 S2 流面设计。周正贵等［5］将数
本文首先参考 Rusch 基于进口最小相对马赫 数的叶轮设计，建立基于最大流量的设计原则，在
收稿日期： 2017-10-20 修稿日期： 2017-11-07
基金项目： 国家重点研发计划项目（2018YFB0106200）；国家自然科学基金项目（11672206）
左盼，等：离心叶轮叶型参数化设计研究
计方法获得叶轮叶型的三维参数。以 Eckardt 叶轮为基准对象，在保证原设计点性能的前提下对叶轮实施了全新参数化设
计，并采用数值计算方法对新叶轮进行三维模拟，通过与原叶轮的性能对比验证了本文参数化设计的有效性。
关键词：离心叶轮；叶片叶型；最大流量；参数化设计
中图分类号：TH452；V231.3
文献标志码：A
3 w1
sin2
β 1s
cos
β 1s
3
γ −1
2
3
ε γ
γ
−
1
−µ1ηk=DD1121s−+=DγM1h2−w1/1sDiMn1swβ2121cs osη2µβ1γs
2 −
1
由叶轮几何尺寸关系，联立以上各式得出：
（2）
D1s D2
=
Mw1
sin
β 1s
ηµ