[发明专利]基于流固耦合计算的离心泵叶轮水力及结构设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及到旋转机械水力及结构设计领域，尤其涉及一种基于流固耦合计算的离心泵叶轮水力及结构设计方法。

背景技术

离心泵广泛应用于农业灌溉、石化运输、水利发电等领域，尤其是应用于输送高压流体介质的核电站、海水淡化等特殊行业中。在实际运行过程中，由于外界干扰、液体不稳动流动，泵不可避免地产生振动，进而影响泵的运行寿命及运行安全。在离心泵内部流动研究内容之一是流体和结构之间存在流固耦合作用现象，即流体的运动使得叶轮结构产生一定的变形，进而影响叶轮流道形状，影响流体的流动。因此，有必要地开展结合流动耦合作用的离心泵叶轮设计方法研究。

目前在离心泵叶轮水力及结构设计过程中，主要是采用半理论半经验相结合地对叶轮的水力几何参数和结构参数进行计算，并对结构的机械强度进行校核，往往只有经验丰富的泵设计者才能选择合适的计算公式与相应的系数，最终实现产品的投入生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于流固耦合计算的离心泵叶轮及结构设计方法，得到最佳组合的水力几何参数和结构参数，从而达到设计工况高效可靠安全的设计要求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于流固耦合计算的离心泵叶轮水力及结构设计方法，包括以下步骤：

步骤一：根据离心泵设计工况的性能参数，对离心泵叶轮的水力几何参数和结构几何参数进行初始计算；

步骤二：对离心泵叶轮的水力几何参数和结构几何参数采用正交试验表进行正交试验多方案设计，对多方案采用流固耦合计算得到泵扬程、效率和叶轮最大应力值，分析水力几何参数和结构几何参数对水力性能和结构性能影响程度，得到影响离心泵叶轮水力及结构的重要的叶轮几何参数；

步骤三，根据步骤二得到的影响离心泵叶轮水力及结构的重要的叶轮几何参数，采用拉丁超立方试验设计方法进行多方案设计，采用流固耦合计算各个方案的泵扬程、效率和叶轮最大应力值；

步骤四：建立计算得到的泵效率η、叶轮最大应力值σ与影响离心泵叶轮水力及结构的重要的叶轮几何参数建立二次响应面模型，其中约束条件设为在设计工况下计算扬程不小于设计扬程：

η=-(a0+Σi=16aixi+Σi=16aiixi2+Σi<j6aijxixj);]]>