水泵設(shè)計原理與創(chuàng)新技術(shù)分析（上）

水泵設(shè)計原理與創(chuàng)新技術(shù)分析（下）

4.泵產(chǎn)品CAD系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)
（1）基于軟件工程學的概要設(shè)計，完成了離心泵CAD系統(tǒng)、混流泵CAD系統(tǒng)和軸流泵CAD系統(tǒng)的整合，使其成為一個完整、規(guī)范的泵產(chǎn)品CAD系統(tǒng)，拓展了系統(tǒng)的強壯性和可拓展性。
（2）基于一元設(shè)計理論，利用工程數(shù)據(jù)庫和曲線參數(shù)化技術(shù)，實現(xiàn)離心泵、混流泵的葉輪水力設(shè)計CAD系統(tǒng)。
（3）提出一種新的軸面流網(wǎng)求解方法，即把正交網(wǎng)格生成技術(shù)應用于水泵葉輪液流斷面的求解中。
（4）實現(xiàn)了用參數(shù)曲線描述泵水力設(shè)計曲線中流線展開線和軸面流線，建立了流線展開線和軸面流線與 空間流線對應關(guān)系的數(shù)學模型。
（5）在上述工作基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)并利用MFC與Pro/E結(jié)合，基本建立了泵葉輪葉片三維參數(shù)化實體造型系統(tǒng)。

5.數(shù)值網(wǎng)格生成技術(shù)及泵內(nèi)流場的數(shù)值計算
（1）對偏微分方程（Partial Differential Equation, PDE）數(shù)值網(wǎng)格生成中非線性系數(shù)α、β、γ進行理論分析，并推導出其對于控制網(wǎng)格幾何意義。
（2）根據(jù)所得β的幾何意義，提出一種新的源項給定方法以控制網(wǎng)格正交。
（3）采用Numman邊界條件的給定方法，實現(xiàn)對網(wǎng)格正交的控制。
（4）根據(jù)所得α、γ的幾何意義，較好地實現(xiàn)對網(wǎng)格疏密的控制。
（5）綜合（3）、（4），用二步法實現(xiàn)了網(wǎng)格正交和疏密分布的控制。
（6）對水泵三維離心葉輪進行了全三維蒙古性數(shù)值模擬，通過對流場計算結(jié)果的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)水泵設(shè)計過程中所存在的問題，提出了對設(shè)計過程的改進措施。

6. 泵性能預測、優(yōu)化及反問題設(shè)計
（1）建立了離心泵性能預測的損失模型。
（2）提出了葉輪主要幾何尺寸的理論計算法與性能預測相結(jié)合的循環(huán)迭代確定方法。該方法集最新水泵設(shè)計理論與性能預測一體，可實現(xiàn)水泵的優(yōu)化設(shè)計。
（3）針對葉片進口邊為徑向和軸向兩種情況，推導出了葉輪最佳進口直徑的計算公式，并提出了兼顧效率和汽蝕的葉輪最佳進口直徑選取原則。為基于多參數(shù)的水泵性能整體影響的優(yōu)化研究提供了更加可靠的約束條件。
（4）計算并分析了設(shè)計和非設(shè)計工況下水泵幾何和運行參數(shù)對其性能的影響及各種損失的分布情況，提出了改進設(shè)計原則。
（5）基于流函數(shù)和勢函數(shù)自然正交的數(shù)理特性，提出了通過有限元法直接求解流函數(shù)和勢函數(shù)方程得到軸面流線和過流斷面線，所生成的曲線滿足水力設(shè)計要求，其物理解又可作為流場計算的初場，加快收斂速度。
（6）采用優(yōu)化設(shè)計法將泵的基本流動理論與計算流體力學、優(yōu)化技術(shù)等有機結(jié)合，根據(jù)不同的設(shè)計要求來確定目標函數(shù)，在充分考慮多種設(shè)計約束的條件下，尋求不同流動和幾何參數(shù)的最佳結(jié)合。