[发明专利]一种管道泵进口导流叶片的自动建模及优化设计方法

说明书

本发明公开了一种管道泵进口导流叶片的自动建模及优化设计方法，包括：S1.通过准均匀样条采集导流叶片的型线信息和厚度信息；S2.基于型线信息和厚度信息生成进口弯管的设计参数；基于设计参数，构建导流叶片的管道泵进口弯管的三维建模模型；S3.对三维建模模型进行网格划分，得到三维模型数据；对三维模型数据进行分析，获得三维建模模型的外部特性；S4.通过近似模型对数据样本和三维模型数据进行拟合后，通过智能算法求解拟合后的近似模型，获得最优解；S5.验证最优解的性能，若性能满足设计要求，则结束，否则重复步骤S2‑S4。本发明有利于提高管道泵设计水平，进一步提高管道泵的工作效率及稳定性。

技术领域

本发明属于泵优化设计领域，特别是涉及一种管道泵进口导流叶片的自动建模及优化设计方法。

背景技术

泵是重要的通用机械，广泛应用于各行各业。其中，管道泵的进出口在同一直线上，具有体积小，安装方便等优点，因而被广泛应用于安装空间受限的场所，例如城市供水、船舶运输等。据相关资料统计，泵类能耗占全国年发电总量的21％以上，因此提高泵的效率对于节能减排具有重要意义。

管道泵由于进口流道扭曲，在设计工况下就会诱发进口回流、流动分离涡等复杂流动现象，进而降低叶轮的做功能力，对于泵整体性能具有非常大的负面影响，因此，对管道泵进口流道进行结构优化对于提高该泵种的运行效率具有重要作用。

本发明提供了一种管道泵进口导流叶片的自动建模与优化设计方法，以解决其进口流道内导流叶片的设计问题。目前，针对这一问题的解决方案还未见报道。

发明内容

由于管道泵扭曲的进口流道会诱发包括流动分离、回流等多种复杂湍流结构，因此会对叶轮入流造成非常大的负面影响，进而降低整体性能。在管道泵进口段增加导流叶片能有效抑制回流旋涡，提高入流均匀性，然而针对进口导流叶片的设计建模方法却未见报道。本发明的目的是提供一种高效的管道泵进口导流叶片的建模及优化设计方法，进一步的提高管道泵性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种管道泵进口导流叶片的自动建模及优化设计方法，包括：

S1.通过准均匀样条采集导流叶片的型线信息和厚度信息；

S2.基于所述型线信息和所述厚度信息生成进口弯管的设计参数；基于所述设计参数，构建所述导流叶片的管道泵进口弯管的三维建模模型；

S3.对所述三维建模模型进行网格划分，得到三维模型数据；对所述三维模型数据进行分析，获得所述三维建模模型的外部特性；

S4.通过近似模型对所述数据样本和所述三维模型数据进行拟合后，通过智能算法求解拟合后的近似模型，获得最优解；

S5.验证所述最优解的性能，若性能满足设计要求，则结束，否则重复步骤S2-S4。

优选地，所述S1中，还包括基于所述导流叶片的复杂度增加控制点，所述准均匀样条对应的所述控制点的权重均为1，实现所述导流叶片的可视化。

优选地，所述设计参数通过拉丁超立方方法、响应面方法、正交设计法生成。

优选地，获得所述三维建模模型包括基于所述进口弯管的设计参数，获得弯管及导流叶片的特征型线，根据所述特征型线完成三维建模，对所述三维建模进行转换获得所述三维建模模型。

优选地，对所述三维模型数据进行分析包括，对RANS耦合SST模型求解，设置收敛精度目标和最大迭代数，通过CEL脚本对所述三维模型数据进行数值计算。

优选地，所述近似模型至少包括Kriging模型、人工神经网络模型。

优选地，所述智能算法为改进的粒子群算法；

获得所述最优解包括通过所述粒子群算法对所述拟合后的近似模型进行粒子行为监视与操控，迭代更新粒子位置及速度，获得最优解。