基于数字孪生的多级离心泵模型降阶与检验

作     者：马斯卓 李伟 苏保才 宋伟 季磊磊 杨巧月 杨万运 MA Sizhuo;LI Wei;SU Baocai;SONG Wei;JI Leilei;YANG Qiaoyue;YANG Wanyun

作者机构：江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 开滦集团有限责任公司设备管理中心河北唐山063000 济宁安泰矿山设备制造有限公司山东济宁272300 

出 版 物：《排灌机械工程学报》 (Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering)

年 卷 期：2024年第42卷第10期

页      面：997-1004页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2020YFC1512405) 国家自然科学基金国际合作重点项目(52120105010) 国家自然科学基金资助项目(52179085) 中国博士后科学基金资助项目(2022TQ0127) 江苏省“一带一路”创新合作项目(BZ2020068) 江苏省农业科技自主创新项目(CX(20)2037) 

主　　题：多级离心泵 数字孪生 降阶模型 本征正交分解 流场分析 

摘      要：为了探讨非设计工况下的二阶仿真方法以及数字孪生实时仿真交互的可行性,以14级离心泵为研究对象,运用拉丁超立方抽样法随机选取样本工况点,训练出满足均方根误差(RMS)小于1%精度条件的多级离心泵数字孪生稳态ROM.通过对比内部流场压力、速度和涡旋结构的分布,检验了ROM与FOM数值模拟结果的一致性.研究结果显示,基于正交分解方法训练的多级泵ROM能够准确且迅速地预测和计算特定工况点下的扬程和内部流场压力分布.叶轮附近的平均相对误差小于2%,足以满足实际应用中快速仿真的需求.ROM的叶轮转子-定子界面速度分布与FOM相符,但在大速度梯度区域对速度变化的敏感度不足.随着训练样本的增多,精度逐步提高.ROM能够准确估计叶轮大尺度涡旋的形状,然而由于在模型降阶过程中高阶信息的省略,ROM所得到的涡旋边缘较FOM计算结果更为平滑且体积较小,平均相对误差约为-7.8%.本研究验证了POD方法ROM在离心泵内部流场中的有效性,并为流体机械领域数字孪生的构建和实时仿真奠定了计算基础.