本申請涉及軸流泵葉片設(shè)計(jì)，尤其涉及一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)方法及裝置、電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、軸流泵作為最為常見的水力機(jī)械，其具有低揚(yáng)程，大流量的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、城市污水排水系統(tǒng)、水網(wǎng)樞紐調(diào)水等行業(yè)，對于高性能軸流泵的需求持續(xù)增強(qiáng)。

2、葉輪作為軸流泵的核心部件，對軸流泵的內(nèi)部流動有重要影響，傳統(tǒng)葉輪設(shè)計(jì)一般通過升力法、保角變換法、奇點(diǎn)分布法，所涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)較多，設(shè)計(jì)流程復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請實(shí)施例的目的是提供一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)方法及裝置、電子設(shè)備，以解決相關(guān)技術(shù)中存在的設(shè)計(jì)流程復(fù)雜的技術(shù)問題，以提高揚(yáng)程、降低內(nèi)部流動損失和壓力脈動。

2、根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，提供一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)方法，包括：

3、根據(jù)預(yù)定外特性要求確定軸流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，所述外特性要求包括揚(yáng)程、效率、流量、出口壓力，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括葉片輪轂比、葉片數(shù)、沖角、葉柵稠度和軸流泵進(jìn)出口直徑；

4、根據(jù)所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，建立軸流泵固體域三維模型，并在所述軸流泵固體域三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行流體域提取，對所述流體域進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，所述數(shù)值仿真計(jì)算包括軸流泵全工況的外特性計(jì)算、內(nèi)部流動計(jì)算以及壓力脈動計(jì)算；

5、對于所述數(shù)值仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，考慮葉輪結(jié)構(gòu)對軸流泵性能起重要因素，基于圓柱層流無關(guān)性假設(shè)和多曲率控制對軸流泵葉片凹凸表面的關(guān)鍵幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并設(shè)置若干組葉片凹凸表面，所述關(guān)鍵幾何參數(shù)為葉片凹凸表面布置位置、長度、寬度、突起高度以及凸起半徑；

6、對若干組葉片凹凸表面的軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，根據(jù)軸流泵數(shù)值仿真計(jì)算得到的綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，進(jìn)而得到基于葉片表面多曲率控制的高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)幾何參數(shù)，所述綜合性能包括外特性、內(nèi)部流動性能、壓力脈動性能。

7、可選的，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，建立軸流泵固體域三維模型，并在所述軸流泵固體域三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行流體域提取，對所述流體域進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，包括以下子步驟：

8、根據(jù)已經(jīng)確定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)建立固體域三維模型，對軸流泵固體域三維模型進(jìn)行流體域三維模型抽取，再對所述流體域三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理；

9、網(wǎng)格劃分處理后，對所述流體域三維模型進(jìn)行數(shù)值仿真，在外特性計(jì)算和內(nèi)部流動計(jì)算時(shí)，按照軸流泵全工況條件對轉(zhuǎn)速、流速、進(jìn)口壓力條件進(jìn)行設(shè)置，在壓力脈動計(jì)算時(shí)，在流體域三維模型上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)以監(jiān)測壓力脈動；

10、對軸流泵進(jìn)行流線、湍動能分布、渦結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行分析，比較不同葉片凹凸表面的外特性和壓力脈動。

11、可選的，對若干組葉片凹凸表面的軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，根據(jù)軸流泵數(shù)值仿真計(jì)算得到的綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，包括：

12、對若干組葉片凹凸表面的軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，采用對比分析法比較不同葉片凹凸表面軸流泵數(shù)值仿真計(jì)算得到的揚(yáng)程、效率、流線、湍動能及渦結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上確定綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，所述綜合性能包括外特性、內(nèi)部流動性能、壓力脈動性能。

13、根據(jù)本申請實(shí)施例的第二方面，提供一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)裝置，包括：

14、參數(shù)確定模塊，用于根據(jù)預(yù)定外特性要求確定軸流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，所述外特性要求包括揚(yáng)程、效率、流量、出口壓力，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括葉片輪轂比、葉片數(shù)、沖角、葉柵稠度和軸流泵進(jìn)出口直徑；

15、建模仿真模塊，用于根據(jù)所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，建立軸流泵固體域三維模型，并在所述軸流泵固體域三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行流體域提取，對所述流體域進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，所述數(shù)值仿真計(jì)算包括軸流泵全工況的外特性計(jì)算、內(nèi)部流動計(jì)算以及壓力脈動計(jì)算；

16、仿真結(jié)果分析模塊，用于對于所述數(shù)值仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，考慮葉輪結(jié)構(gòu)對軸流泵性能起重要因素，基于圓柱層流無關(guān)性假設(shè)和多曲率控制對軸流泵葉片凹凸表面的關(guān)鍵幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并設(shè)置若干組葉片凹凸表面，所述關(guān)鍵幾何參數(shù)為葉片凹凸表面布置位置、長度、寬度、突起高度以及凸起半徑；

17、仿真優(yōu)化模塊，用于對若干組葉片凹凸表面的軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，根據(jù)軸流泵數(shù)值仿真計(jì)算得到的綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，進(jìn)而得到基于葉片表面多曲率控制的高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)幾何參數(shù)，所述綜合性能包括外特性、內(nèi)部流動性能、壓力脈動性能。

18、根據(jù)本申請實(shí)施例的第二方面，提供一種電子設(shè)備，包括：

19、一個(gè)或多個(gè)處理器；

20、存儲器，用于存儲一個(gè)或多個(gè)程序；

21、當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法。

22、根據(jù)本申請實(shí)施例的第二方面，提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)指令，該指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述方法的步驟。

23、本申請的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

24、由上述實(shí)施例可知，本申請從軸流泵優(yōu)化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，采用一種全新的軸流泵葉片的設(shè)計(jì)方法來對軸流泵的效率壓力脈動進(jìn)行控制。該發(fā)明采用了在葉輪上布置凹凸不平表面，通過仿真計(jì)算加以試驗(yàn)驗(yàn)證，得到軸流泵綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，克服了葉片設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題，根據(jù)優(yōu)化后的關(guān)鍵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)出的葉片可以改善流體在泵內(nèi)部的流動情況，減少湍動能，改善流動分離和壓力脈動，從而減小流體在泵內(nèi)部能量損耗，實(shí)現(xiàn)了軸流泵高效低壓力脈動要求。

25、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

技術(shù)特征：

1.一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：根據(jù)所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，建立軸流泵固體域三維模型，并在所述軸流泵固體域三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行流體域提取，對所述流體域進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，包括以下子步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：對若干組葉片凹凸表面的軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，根據(jù)軸流泵數(shù)值仿真計(jì)算得到的綜合性能與葉片凹凸表面關(guān)鍵幾何參數(shù)的最優(yōu)化選擇，包括：

4.一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，包括：

5.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

6.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)指令，其特征在于，該指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)方法及裝置、電子設(shè)備，對傳統(tǒng)軸流泵葉片表面進(jìn)行改進(jìn)，包括：根據(jù)外特性要求確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)；根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)建立三維模型并進(jìn)行仿真計(jì)算；考慮葉輪結(jié)構(gòu)對泵性能的影響，基于圓柱層流無關(guān)性假設(shè)和多曲率控制設(shè)置若干組葉片凹凸表面，并對葉片凹凸表面的關(guān)鍵幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；對若干組葉片凹凸表面的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行最優(yōu)化選擇，得到高效低壓力脈動軸流泵葉片設(shè)計(jì)幾何參數(shù)。此凹凸不平的結(jié)構(gòu)對葉片表面的流體起導(dǎo)流作用，使得葉片表面流動分離點(diǎn)延后，流線分布更加均勻，保證各項(xiàng)性能要求的同時(shí)揚(yáng)程提升，特別是在軸流泵的馬鞍區(qū)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱祖超,賈曉奇,鐘少森,任啟樂,劉廣兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：通用機(jī)械關(guān)鍵核心基礎(chǔ)件創(chuàng)新中心（安徽）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5