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基于高维混合模型的离心泵叶轮子午面优化设计

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排灌机械工程学报 2024年第4期42卷 325-332页

作者：张金凤俞鑫厚高淑瑜曹璞钰张文佳江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏大学流体机械温岭研究院浙江温岭317599 浙江省水泵产品质量检验中心浙江温岭317599

为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此... 详细信息

为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此基础上采用获取的训练集通过MATLAB机器学习得出效率、扬程与优化参数之间关于支持向量回归的高维模型,并采用遗传算法寻优.在设计工况下,所拟合的高维混合模型预测的效率和扬程值比原模型分别高1.5%和3.2 m,数值模拟验证优化方案的效率和扬程分别比原模型高0.9%和2.1 m.算例研究表明,将高维混合模型应用于离心泵叶轮的优化设计中可以实现快速寻优并提高离心泵水力性能.

关键词：离心泵遗传算法优化设计支持向量机混合模型数值模拟

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超高比转速离心泵的高效设计

绿色科技 2024年第2期26卷 174-179,208页

作者：吕忠斌刘洁琼曹璞钰尤保健周春萍上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201800 江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

为研究叶轮结构参数对提升n_(s)在300~450间的超高比转速离心泵设计点效率的影响,以某超高比转速单级单吸立式离心泵为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片进口安放角β_(1)、叶片出口安放角β_(2)和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4... 详细信息

为研究叶轮结构参数对提升n_(s)在300~450间的超高比转速离心泵设计点效率的影响,以某超高比转速单级单吸立式离心泵为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片进口安放角β_(1)、叶片出口安放角β_(2)和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4~3)正交试验方案,在0.9Q_(n)~1.1Q_(n)工况内对各方案模型进行数值计算,分析各因素对泵水力性能影响的主次顺序,进而得到叶轮结构尺寸的最佳参数组合。按照最佳尺寸优化叶轮,将优化后的泵外特性试验结果与原型进行了对比分析。结果表明:(1)高效设计时超高比转速离心泵叶轮结构参数对效率影响的主次顺序为φ→b_(2)→β_(2)→β_(1),影响水力性能的主要因素为φ,以便指导超高比转速离心泵的高效设计;(2)确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;(3)优化后泵设计点效率较原型提高约4.2%,高效区扩宽至0.75Q_(n)~1.1Q_(n)工况,效率整体提升2.5%以上;(4) 0.75Q_(n)~1.2Q_(n)工况优化后泵轴功率与原型相比降低5.8%~15.8%,利于节能减排。

关键词：超高比转速离心泵优化设计正交试验高效区

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基于正交试验的低比转数离心泵高效设计

排灌机械工程学报 2023年第12期41卷 1189-1195页

作者：吕忠斌刘洁琼曹璞钰尤保健上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201800 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究叶轮结构参数对离心泵效率提升的影响,以某单级单吸立式离心泵(比转数n_(s)=40~60)为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片数Z、叶片出口安放角β2和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4^(3))正交试验方案,在0.75Q_(d)~1.20Q_(d)... 详细信息

为了研究叶轮结构参数对离心泵效率提升的影响,以某单级单吸立式离心泵(比转数n_(s)=40~60)为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片数Z、叶片出口安放角β2和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4^(3))正交试验方案,在0.75Q_(d)~1.20Q_(d)(Q_(d)为额定流量)工况下进行各方案模型的数值计算,分析各因素对水力性能的影响,继而得到该泵叶轮结构的最佳参数组合.随后按照最佳尺寸修改叶轮,将优化后水泵外特性试验结果与原泵进行比较.结果表明:高效设计时,低比转数离心泵叶轮结构参数对效率影响程度由大到小依次为b_(2),β_(2),φ,Z,影响水力性能的主要因素为b_(2);确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;优化后泵效率较原泵整体提高近2.85%,高效区扩宽至0.75Q_(d)~1.20Q_(d)工况范围;最后得到修正系数k′_(b_(2)),k′_(Z),k′_(φ),用于指导低比转数离心泵的高效设计.

关键词：低比转数离心泵小流量工况高效区正交试验修正系数

弯管安装角对管道泵内压力脉动影响的数值研究

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排灌机械工程学报 2022年第12期40卷 1219-1226页

作者：王业富王洋宋建龙金实斌公续然朱芮曹璞钰江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 合肥华升泵阀股份有限公司安徽合肥230000 温岭市产品质量监督检验所浙江温岭317500 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710000

为了深入探究进流弯管与蜗壳相对周向位置对离心泵内水力激振的影响及其流动机理,选取立式管道离心泵为研究对象,通过对原型泵进水弯管周向安装角度的调整,衍生出6组新管道泵,并依次进行非定常数值计算.在数值计算过程中,主体监测叶轮... 详细信息

为了深入探究进流弯管与蜗壳相对周向位置对离心泵内水力激振的影响及其流动机理,选取立式管道离心泵为研究对象,通过对原型泵进水弯管周向安装角度的调整,衍生出6组新管道泵,并依次进行非定常数值计算.在数值计算过程中,主体监测叶轮域内压力脉动,对比分析6款新泵与原型泵的压力脉动特征,结果表明:在叶轮进口流域,当周向安装角φ=45°时,压力脉动在时域上产生了较明显的波峰相位提前,与二次流涡对激励的波谷有相互抵消作用,削弱波峰,最大降幅可达40.6%.在叶轮中段流域,安装角φ对叶片背面的压力脉动影响较大.在叶片尾缘附近流域,不同弯管安装角产生的影响沿流道从叶轮进口至叶片尾缘逐渐减小殆尽.研究结果为管道泵的实际安装及优化提供一定的参考.

关键词：立式管道离心泵进水弯管安装角压力脉动数值模拟

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M型截面流道对旋涡泵性能的影响分析

农业机械学报 2014年第3期45卷 77-82页

作者：王洋李亚成曹璞钰刘洋吕忠斌江苏大学流体机械工程技术研究中心

为了减少旋涡泵流道内部冲击损失，提升旋涡泵的性能，研究了基于面积不变理论改变旋涡泵流道截面形状的方法。采取流道形状贴合流动状态的策略，改变流道截面形状为M型，利用CFD技术对参考泵和M型截面流道的内部流动进行多工况三维数... 详细信息

为了减少旋涡泵流道内部冲击损失，提升旋涡泵的性能，研究了基于面积不变理论改变旋涡泵流道截面形状的方法。采取流道形状贴合流动状态的策略，改变流道截面形状为M型，利用CFD技术对参考泵和M型截面流道的内部流动进行多工况三维数值模拟分析，对比两者之间的扬程、效率曲线，并分析流道截面的流线图。结果表明，相比矩形流道，M型截面流道在扬程和效率上均有所提升，流道内叶片出口处的乱流有所改善，M型截面流道中液流更加平滑，但是过流面积增加，摩擦损失也随之增大。

关键词：旋涡泵流道冲击损失摩擦损失数值模拟

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低比转数变曲率叶型离心泵非定常流动分析

农业机械学报 2013年第11期44卷 61-66页

作者：王维军王洋刘洋曹璞钰李亚成吕忠斌江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

运用Fluent流场计算软件,采用修正的RNG k-ε湍流模型、滑移网格技术和二阶隐式时间推进法,用SIMPLEC算法对压力和速度耦合求解,数值模拟了低比转数变曲率叶型离心泵定常压力场、速度场和非定常压力场,设定了不同工况下靠近隔舌区叶轮... 详细信息

运用Fluent流场计算软件,采用修正的RNG k-ε湍流模型、滑移网格技术和二阶隐式时间推进法,用SIMPLEC算法对压力和速度耦合求解,数值模拟了低比转数变曲率叶型离心泵定常压力场、速度场和非定常压力场,设定了不同工况下靠近隔舌区叶轮和蜗壳之间的3个监测点,得到了3点的均压脉动度,并将计算的外特性曲线与试验进行了比对。结果表明,短叶片抑制了工作面流动的分离,改善了叶片上压力分布,叶轮出口处的射流尾迹区得到了明显改善;隔舌附近监测点的压力脉动幅值与监测点到隔舌间的距离成正比;数值计算结果为该泵叶型设计提供了理论依据。

关键词：离心泵分流叶片变曲率叶片低比转数非定常流动压力脉动

射流自吸式离心泵三维湍流数值模拟与实验分析

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农业机械学报 2014年第3期45卷 54-60页

作者：王维军王洋李贵东印刚曹璞钰江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为了获取射流自吸式离心泵内部流动信息，以一内置射流喷嘴的自吸式离心泵为研究对象，建立了各过流部件三维水体，采用了RNG κ-ε湍流模型，通过6组网格无关性检查，确定了计算所需网格，运用CFX14．0流场分析软件数值模拟预测了7种... 详细信息

为了获取射流自吸式离心泵内部流动信息，以一内置射流喷嘴的自吸式离心泵为研究对象，建立了各过流部件三维水体，采用了RNG κ-ε湍流模型，通过6组网格无关性检查，确定了计算所需网格，运用CFX14．0流场分析软件数值模拟预测了7种不同工况下外特性和内部流动，得到了全流场压力、速度等物理量变化规律，并将数值模拟结果与开式实验台测试结果作了对比分析。结果表明，设计工况下数值模拟与实验扬程、轴功率和效率的相对误差为2．63％、6．16％和14．29％，泵实际效率较低，其值为15．68％；当流量p〈3．5m3／h时数值模拟和实验的功率曲线呈近似水平直线，变化很平缓；喷嘴到直线段之间的速度分布沿旋转轴对称，扩散段和叶轮进口之间速度呈上大下小分布，液流不均匀进入叶轮进口；L=0．148m处是静压、速度和湍动能耗散率等物理量剧烈变化的分界点，静压在此处为最小值，而速度和湍动能耗散率为最大值。数值计算结果为该泵性能预测设计提供了直观的理论依据。

关键词：射流自吸式离心泵性能预测数值模拟

非均匀进流下喷水推进泵进流速度场的数值分析

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排灌机械工程学报 2016年第2期34卷 115-121页

作者：金实斌曹璞钰王洋温岭市产品质量监督检验所浙江温岭317500 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为具体描述喷水推进泵非均匀进流的结构特点,并深入探究非均匀流对喷水推进泵性能的影响,运用CFD-Post软件提取进水流道的出流速度场,将其Profile Data文件定义为喷水推进泵的附加进流条件,数值计算非均匀进流下泵的水动力性能,并与均... 详细信息

为具体描述喷水推进泵非均匀进流的结构特点,并深入探究非均匀流对喷水推进泵性能的影响,运用CFD-Post软件提取进水流道的出流速度场,将其Profile Data文件定义为喷水推进泵的附加进流条件,数值计算非均匀进流下泵的水动力性能,并与均匀进流下的仿真结果进行比较,获得了喷水推进泵扬程和效率的降幅曲线,其下降幅值随进流场不均匀度的增大而上升.围绕喷水推进泵叶轮进口边的周向平均速度分量,具体分析泵在非均匀进流场中性能下降的原因.结果表明,喷水推进泵的传统设计方法无法满足实际工作要求,相关假设在非均匀进流中也不再适用.其中,非均匀进流场中进口预旋不可忽略;叶轮进口轴面速度和环量不再遵循线性分布规律;圆柱面无关假设也不再成立.非均匀进流对叶轮的干扰集中于叶片进口轮缘处,二次回流的出现堵塞了流道,降低了泵的过流能力,同时诱发叶片轮缘处的载荷突变,降低了泵的做功能力.

关键词：喷水推进泵非均匀进流不均匀度速度分量进口预旋

非均匀进流下喷水推进泵的内流特性和载荷分布

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推进技术 2017年第1期38卷 69-75页

作者：王洋曹璞钰印刚李贵东江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039

为描述实际航行时喷水推进泵非均匀进流的结构特点,解释喷水推进泵实际性能与试验测试值之间的差异,采用雷诺时均模型和RNG k-ε湍流模型数值计算非均匀进流下喷水推进泵的外特性,对比后获得了非均匀进流下喷水推进泵外特性降幅曲线,其... 详细信息

为描述实际航行时喷水推进泵非均匀进流的结构特点,解释喷水推进泵实际性能与试验测试值之间的差异,采用雷诺时均模型和RNG k-ε湍流模型数值计算非均匀进流下喷水推进泵的外特性,对比后获得了非均匀进流下喷水推进泵外特性降幅曲线,其中扬程和效率的最大降幅均为30%。进一步求解内流场,结果表明:非均匀进流中的低能螺旋流受旋转叶片的诱导,在轮缘处演变为以周向分离涡为主的进口畸变流,流道堵塞,受排挤的工作流体因液流角过大在叶片轮毂处发生流动分离,最终卷吸形成螺旋分离涡;此分离涡沿径向扰动叶片前缘流场,诱发回流和二次流,加剧了水力损失。同时,分离涡破坏绕翼环流,改变叶片静压分布,导致叶片载荷由前载型转变为中载型,削弱了叶片做功能力。因此,内流特性和载荷突变共同证实了非均匀进流是喷水推进泵性能下降的主要原因。

关键词：非均匀进流周向畸变喷水推进泵内流特性叶片载荷分离涡