离心泵叶轮的参数化设计

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收 稿 日期 ： ０ １—１ ２１ ０—１ ６
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（ １０ １４，１６ ００ ５ １９０ ５ １９ １ ）；兰州理工大学校科研基金资助项 目（ ２ １０ ， ０ ６ Ｃ ０ ） Ｑ ０ １ １ Ｘ１０ Ｘ ０ ２ 作者简介 ：张人会 （９ ７ ）， ， １７ 一 男 江西都 昌人 ， 副教授 ， 博士（ｈ ｎｒ＠ｌｔＣ ） 主要从事流体机械的设计 及其性能优化研究． ｚａｇｈ ｕ．ｒ ， １ 郑 凯 （９ ５ ） 男 ， 西 武 功 人 ， 士 研 究 生 （ｋｋ１８ １３ ｃｉ） 主要 从 事 流 体 机 械 设 计 研 究 ． １ ８一 ， 陕 硕 ｚｚ－２ ＠ ６ ．ｏ ， ｎ
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基 于 自由曲面变形方法及偏微分方程方法３种 离心泵叶轮参数化设计方法的研 究进行 了详细的 介 绍． 了减 少计 算量 ， 用偏 微 分方程 方 法对 离心 泵 叶 片几何 形状 进 行参 数 化 控 制 ， 数 化控 为 采 参 制偏微分方程的边界条件 ， 假定方程 中的控制参数 ａ ，） （ 为常量 ｌ采 用响应面方法对 泵叶轮 ， 进行 优化 设计 ， 据试验 及模 拟 结 果进 行 二 阶 多项 式 响 应 面 回 归 ， 根 分析 发 现 二 阶 多项 式响 应 关 系不能反 映 离心 泵叶轮设 计 目标 与控 制 变量 间的 复 杂 的非 线 性 关 系． 此 ， 此基 础 上 提 出采 为 在 用偏微 分方程 构 建设 计 目标 的 偏微 分超 曲 面 响应 ， 数值 求 解 多维 空 间 上偏 微 分 方程 的 边 值 问 题 ， 行优 化 分析得 到 最优设 计． 化设 计 实例 计算 结果表 明提 出的理论 及 方法是 合理 的． 进 优 关键词 ：离心泵 ； 叶轮 ； 参数 化 ； 响应 面 法 ； 优化 设计 中图分类 号 ： ２７９ Ｔ １ 文 献标 志码 ： ￥７． ； Ｈ３１ Ａ 文章 编号 ：１７ ８３ （０２ ０ ０ １ ０ ６４— ５０ ２ １ ）４— ４７— ５
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曲面的方 法进行 叶轮 的参 数化设计 ， 即
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２ ）基 于 自由曲 面变 形 的 离 ， 叶 片 的 参数 化 １泵 ２ 设计 方 法 ， 该方 法 提 出采 用 自由 曲面 变形 （ Ｆ 方 Ｆ Ｄ） 法对 叶轮 内流道 形状 进 行 控 制 ， 叶 片空 问 曲 面嵌 将
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在 离心 泵 的传 统 设 计 方 法 中 ， 计 人 员 的 经 验 设
对 泵产 品 的设计 质量 有 很 大 的影 响 ， 优 秀 的水 力 且 模 型需 要较 长 的设 计 周 期 ， 化 设 计 难 以进 行 ． 优 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 ， 问题 在 形状 优 化 领 域 被称 该 为 具有 流动 约束 的功 能 曲面 的形 状 优 化 问题 ， 是 也
Ｉ 排灌机械工程学报
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流 动计 算技 术 的发展 ， 的水 力 性 能 可 以 由三 维 流 泵
入到 一个 均匀剖 分 的 三参 数 张 量积 控 制 体 内， 利用
移动 控制 点 的方 法来 使 控 制 体 发生 变 形 ， 而 达 到 从 方便地 改 变叶 片形状 的 目的． 持 原始 曲面 上 各点 保
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流 体力学 、 化理论 等领 域 的研究 热点 问题 ¨ ］早 优 ． 期 的研究 者 采用 一元理 论或试 验 的方 法分 析 叶
轮 叶 片 、 壳 等 关 键 几 何 参 数 如 叶 轮 外 径 、 轮 出 蜗 叶 口宽度 、 片 进 出 口安 放 角 、 叶 叶片 包 角 、 片 数 、 叶 蜗 壳 喉部 面积 等对 泵 水 力性 能 的影 响． 年 来 ， 着 近 随
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离 心 泵 叶轮 的参 数 化 设 计
张人会 ， 郑凯 ， 军虎 ，李仁年 杨
（ 州 理 工 大 学 能 源 与 动 力 工 程学 院 ， 肃 兰 州 ７０ ５ ） 兰 甘 ３０ ０
摘要 ：对 离心泵 叶轮 优 化设 计存 在 的 问题 进 行 了详 细 的 阐述 ， 离心 泵 叶轮优 化 设 计 的 主要 困难 在 于复 杂的 内流道 形状及 其 与泵 水 力性能 间 复杂 的 隐式 关 系， 基 于 Ｎ Ｒ Ｓ的 曲面设 计 方 法 、 对 ＵＢ
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