[发明专利]一种航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法

权利要求书

1.一种航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、确定航空冷却泵的设计参数；

S2、初始水力设计，确定叶轮和蜗壳的几何参数；

S3、叶轮初始平衡孔结构设计，确定初始平衡孔的直径和位置；

S4、按几何参数加工叶轮和蜗壳，并搭建性能测试试验台，测试航空冷却泵的增压值，若不符合S1中的设计参数要求，返回步骤S2；

S5、对航空冷却泵内全流场计算域进行三维建模及网格划分，进行网格无关性检查，确定适合航空冷却泵内全流场非定常数值计算的最佳网格数；

S6、对航空冷却泵进行全流场非定常数值计算，得到航空冷却泵全流场数值；

S7、找出航空冷却泵全流场数值与航空冷却泵增压值的测试值误差最小的湍流模型，作为优化计算模型；

S8、以泵效率最高、叶轮内轴向力最小为优化目标，采用单一因素和权重归一化方法对航空冷却泵叶轮平衡孔的参数进行数值优化，得到所需平衡孔数值。

2.根据权利要求1所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：步骤S8中，建立航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化的单目标函数：

式中，η_i为第i个优化方案下泵效率；F_ai为第i个优化方案下叶轮内轴向力；w₁为泵效率的权重因子；w₂为叶轮轴向力的权重因子；F_a0为初始设计方案下叶轮内轴向力。

3.根据权利要求2所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：对参数进行数值优化时，包括以下步骤：

S8.1、固定所述初始平衡孔位置，调整所述初始平衡孔直径，计算各方案的单目标函数，选取性能最优组合的直平衡孔直径；

S8.2、固定直平衡孔直径，调整所述初始平衡孔位置，计算各方案的单目标函数，选取性能最优组合的直平衡孔直径和直平衡孔位置；

S8.3、固定直平衡孔直径和直平衡孔位置，调整直平衡孔偏置角度，计算各方案的单目标函数，选取性能最优组合的直平衡孔直径、直平衡孔位置和直平衡孔偏置角度作为直平衡孔的优化参数；

S8.4、固定倾斜平衡孔偏置角度，调整所述初始平衡孔直径，计算各方案的单目标函数，选取性能最优组合的倾斜平衡孔直径和倾斜平衡孔偏置角度；

S8.5、固定倾斜平衡孔直径，调整倾斜平衡孔偏置角度，计算各方案的单目标函数，选取性能最优组合的倾斜平衡孔直径和倾斜平衡孔偏置角度作为倾斜平衡孔的优化参数。

4.根据权利要求1所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：步骤S1中的设计参数包括设计流量Q_d、增压值以及转速。

5.根据权利要求1所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：步骤S1中的叶轮几何参数包括叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶轮进口直径为、叶轮轮毂直径和叶片数；蜗壳的几何参数包括蜗壳基圆直径、蜗壳进口宽度和蜗壳出口直径。

6.根据权利要求1所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：步骤S5中，前后泵腔水体是非结构化网格，其余水体均采用结构化网格，并对叶片壁面附近网格和平衡孔壁面附近网格进行加密。

7.根据权利要求6所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：网格无关性检查以航空冷却泵增压值变化幅度小于1％为目标。

8.根据权利要求1所述的航空冷却泵叶轮平衡孔数值优化方法，其特征在于：步骤S7中，通过对比标准k-ε模型、RNG k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω模型找出湍流模型。