基于三维反问题设计理论之不同载荷的离心压缩机性能研究

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作者 张铭鼎 《风机技术》 2023年第3期27-32,共6页

使用基于三维反问题设计理论的TURBOdesign Suite软件设计出两款相同工况、不同叶片载荷的离心压缩机叶片。并通过ANSYS CFX软件对两款设计的叶片进行流场仿真,研究不同形式的叶片载荷加载对离心压缩机叶片工况点和非工况点的影响。通... 使用基于三维反问题设计理论的TURBOdesign Suite软件设计出两款相同工况、不同叶片载荷的离心压缩机叶片。并通过ANSYS CFX软件对两款设计的叶片进行流场仿真,研究不同形式的叶片载荷加载对离心压缩机叶片工况点和非工况点的影响。通过流场分析,对比不同载荷下离心压缩机叶片的二次流损耗、前缘激波损耗以及三维流线。研究结果发现,当叶片载荷为“轮毂层及中间层后加载,轮盖层前加载”形式时,该设计拥有更好的二次流抑制效果及更高的设计点效率,同时性能曲线上高流量点的效率也有明显提升。 展开更多

关键词 三维反问题设计 TURBOdesign Suite 压缩机叶片设计 二次流损耗

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水泵水轮机转轮三维反问题设计与特性研究 被引量：12

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作者 王旭鹤 祝宝山 +3 位作者 樊红刚 谭磊 陈元林 王焕茂 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期93-98,116,共7页

采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工... 采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工况下的最高机组效率达到91.34%,且机组运行平稳;水轮机工况的最高机组效率为88.5%。基于全流道粘性数值计算的转轮内部流动分析表明,水泵工况下,水流光顺地通过流道,转轮内部流动损失较小;水轮机工况下,转轮进口附近存在较严重冲击损失且叶片背面低压区面积较大,影响转轮的作功能力。 展开更多

关键词 水泵水轮机 三维反问题设计 模型实验 数值计算

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泵喷的三维反问题设计及其与螺旋桨的敞水特性对比 被引量：8

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作者 张明宇 林瑞霖 +1 位作者 王永生 刘强 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期690-696,共7页

为将某滑行艇螺旋浆替换为泵喷推进器,本文采用三维反问题方法执行泵喷的转子和静子设计,泵喷导管采用改进的导管桨19A导管,叶片厚度分布依据NACA翼型规律分布。在验证CFD数值模拟可信性的前提下对泵喷和螺旋桨进行了敞水计算和水力特... 为将某滑行艇螺旋浆替换为泵喷推进器,本文采用三维反问题方法执行泵喷的转子和静子设计,泵喷导管采用改进的导管桨19A导管,叶片厚度分布依据NACA翼型规律分布。在验证CFD数值模拟可信性的前提下对泵喷和螺旋桨进行了敞水计算和水力特性对比。结果显示:基于同一主机,在各自设计工况下所设计前漩式泵喷对应航速更高,喷水能量的轴向分量高出原桨2.5%,推进效率高出原桨3.3%,高速适应性更强,验证了设计方法的准确性和有效性。 展开更多

关键词 螺旋桨 泵喷 设计工况 三维反问题设计 数值模拟 叶片负载 水力特性 推进效率

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混流泵叶轮的三维反问题设计多目标优化 被引量：7

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作者 王梦成 袁建平 +1 位作者 李彦军 郑云浩 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1854-1860,共7页

为进一步提高混流泵运行效率及高效区范围,本文对比转速为530的混流泵进行了综合优化设计。采用由反问题设计法、数值模拟、拉丁超立方抽样法、克里金模型和非支配遗传算法构成的综合优化系统,以叶片载荷为设计参数,以0.7Qdes和1.1Qdes... 为进一步提高混流泵运行效率及高效区范围,本文对比转速为530的混流泵进行了综合优化设计。采用由反问题设计法、数值模拟、拉丁超立方抽样法、克里金模型和非支配遗传算法构成的综合优化系统,以叶片载荷为设计参数,以0.7Qdes和1.1Qdes处的泵段效率为优化目标。在累计探索10000种不同叶轮配置后,得到了最优配置集构建的帕累托前沿,并根据工程需求选取了适当的参数配置。结果表明:与原始混流泵模型相比,优化后模型在较大的流量范围内(0.7Qdes^1.3Qdes)泵段效率有明显提升。在设计点处,扬程基本不变,效率提高约4.2%。该方法具有良好的工程应用价值。 展开更多

关键词 导叶式混流泵 叶轮 三维反问题设计 数值模拟 多目标优化 拉丁超立方取样 克里金模型 非支配遗传算法

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可逆式水泵水轮机转轮的三维反问题优化设计 被引量：16

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作者 王旭鹤 祝宝山 +1 位作者 曹树良 谭磊 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第13期78-85,共8页

与常规的水泵或水轮机转轮相比,可逆式水泵水轮机转轮要兼顾水泵和水轮机2种工况下的性能,设计要求高、难度大,且影响转轮性能的设计参数较多,很难通过设计-修正-试验的方法获得2种运行工况下性能均优的可逆式水泵水轮机转轮。针对这些... 与常规的水泵或水轮机转轮相比,可逆式水泵水轮机转轮要兼顾水泵和水轮机2种工况下的性能,设计要求高、难度大,且影响转轮性能的设计参数较多,很难通过设计-修正-试验的方法获得2种运行工况下性能均优的可逆式水泵水轮机转轮。针对这些困难,该文将三维反问题设计、CFD计算与多目标优化策略相结合,构建了可逆式水泵水轮机转轮的优化设计系统。该设计系统不仅可缩短转轮设计周期,且能对多个运行工况下的多个目标同时进行优化。利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵设计工况点的转轮效率和水轮机额定工况点的转轮效率为优化目标,以水泵设计工况的扬程为约束,对某一抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计。结果表明利用该优化设计系统能够设计出在水泵和水轮机2种运行工况下转轮水力效率均高于95%的可逆式水泵水轮机转轮,其中水泵设计工况下转轮效率提高了0.15%,水轮机额定工况下转轮效率提高了2%,表明了该优化设计系统在提高可逆式水泵水轮机转轮性能方面的可行性和有效性。该研究可为水力机械,包括水泵水轮机、常规水轮机、水泵的设计开发提供参考。 展开更多

关键词 水泵 水轮机 多目标优化 三维反问题设计 转轮效率

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一款国外喷水推进器的三维反问题改进设计 被引量：1

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作者 张明宇 林瑞霖 +1 位作者 王永生 靳栓宝 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2699-2705,共7页

某厂家购置的国外喷水推进器装艇后与主机不匹配,不能完全消耗主机功率,导致艇航速较低。针对这一现象,在保持推进器转子叶片数、导叶数和推进器主体尺寸不变的前提下,采用三维反问题方法对叶轮和导叶进行了增载设计。研究采用CFD数值... 某厂家购置的国外喷水推进器装艇后与主机不匹配,不能完全消耗主机功率,导致艇航速较低。针对这一现象,在保持推进器转子叶片数、导叶数和推进器主体尺寸不变的前提下,采用三维反问题方法对叶轮和导叶进行了增载设计。研究采用CFD数值模拟方法对两推进器进行了平底船数值求解,结果表明:原推进器计算结果与自航试验吻合较好,验证了CFD数值模拟的可信性;新设计推进器解决了原推进器不能充分利用主机功率的缺陷而产生更大的推力,使预报航速从9.5kn提高到12kn,喷泵效率提高2%,喷口射流轴向能量分量提高8%。 展开更多

关键词 喷水推进器 叶轮 导叶 三维反问题设计 CFD数值模拟

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可逆式水泵水轮机转轮的三维反问题优化设计 被引量：1

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作者 臧薇 《设备管理与维修》 2017年第7期65-67,共3页

通过三维反问题设计和CFD计算等方法,建立具有优化系统的可逆式水泵水轮。优化设计后的系统能有效减少运转周期,同时优化多个目标,使水泵和水轮的工作效率比大部分可逆式水泵水轮提高0.151%。

关键词 可逆式 水泵水轮 三维反问题设计 优化设计

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轴流风机的三维反问题优化设计及数值分析 被引量：2

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作者 张明宇 邓维杰 《船舶物资与市场》 2022年第3期19-22,共4页

为探索轴流风机设计及气动性能预报方法,以某水力轴流风机为原型,在保持其尺寸、转速和叶片数不变的前提下进行轴流风机三维反问题设计。然后在验证求解方法准确性的基础上采用计算流体力学方法求解所设计风机的气动性能并与原风机进行... 为探索轴流风机设计及气动性能预报方法,以某水力轴流风机为原型,在保持其尺寸、转速和叶片数不变的前提下进行轴流风机三维反问题设计。然后在验证求解方法准确性的基础上采用计算流体力学方法求解所设计风机的气动性能并与原风机进行对比。计算结果显示,所求解流场与物理现象相符,相比原风机,新设计风机的吸收功率、排风量和全压明显提高,风机效率约提高7.3%,气动性能相比原风机得到明显改善,所用方法可成功应用于风机优化设计及气动性能预报。 展开更多

关键词 轴流风机 三维反问题设计 计算流体力学

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基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计 被引量：1

9

作者 刘虎 郑小波 +1 位作者 罗兴情 廖伟丽 《西北水力发电》 2006年第1期1-3,共3页

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上，然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标，小生境遗传算法进一... 本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上，然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标，小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性，以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性，可以得到比较理想的转轮叶片。 展开更多

关键词 全三维反问题设计 遗传算法 优化设计

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叶片全三维反问题优化设计方法 被引量：8

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作者 朱阳历 王正明 +1 位作者 陈海生 谭春青 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1045-1053,共9页

基于数值求解Navier-Stokes方程,对叶轮机械叶片全三维反问题优化设计方法进行研究.反问题给定叶片表面的静压分布反求叶型,假设叶表网格点有虚拟移动速度,迭代过程中根据叶表的实际静压和目标静压之差来修改叶型.对单排叶栅进行了反问... 基于数值求解Navier-Stokes方程,对叶轮机械叶片全三维反问题优化设计方法进行研究.反问题给定叶片表面的静压分布反求叶型,假设叶表网格点有虚拟移动速度,迭代过程中根据叶表的实际静压和目标静压之差来修改叶型.对单排叶栅进行了反问题设计,并给出了初步的优化算例,结果能很好地满足目标静压分布,验证了该方法的有效性,计算的时间和精度也适合进行工程应用. 展开更多

关键词 全三维反问题设计 叶片优化 叶轮机械 NAVIER-STOKES方程 激波

原文传递

基于载荷分布的潜水轴流泵叶轮与导叶水力设计 被引量：11

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作者 杨魏 雷晓宇 +2 位作者 张志民 李怀诚 王福军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期179-187,共9页

对潜水轴流泵进行三维反问题设计,以水力效率为设计目标,提出叶轮、导叶适合的载荷分布形式。通过正交试验设计、单因素分析和数值模拟的方法研究载荷参数对潜水轴流泵内外特性的影响,得到水力效率较优的载荷分布形式:叶轮叶片为前载型... 对潜水轴流泵进行三维反问题设计,以水力效率为设计目标,提出叶轮、导叶适合的载荷分布形式。通过正交试验设计、单因素分析和数值模拟的方法研究载荷参数对潜水轴流泵内外特性的影响,得到水力效率较优的载荷分布形式:叶轮叶片为前载型,导叶叶片为轮毂中载、轮缘前载型。具体的载荷参数取值范围:对于叶轮,斜率取值范围为-1~0,前载点取值范围为0.25~0.45,后载点取值范围为0.55~0.75;对于导叶,轮毂斜率在0附近取值,轮缘斜率取值范围为0~0.75,轮毂前载点取值范围为0.25~0.45,轮缘前载点在0.25附近取值,轮毂后载点取值范围为0.55~0.75。叶轮设计中发现:前载型叶片对原泵叶根尾缘的二次流有改善作用。导叶设计中发现:由于潜水轴流泵导叶的扩散式结构特点,导叶近壁面易出现分离涡,轮毂中载、轮缘前载型叶片能够有效地抑制导叶近壁面的涡分离。 展开更多

关键词 潜水轴流泵 三维反问题设计方法 载荷分布

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带分流叶片离心式风机叶轮优化设计 被引量：19

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作者 谢星 王红彪 +2 位作者 李振林 祝宝山 王宏 《流体机械》 CSCD 北大核心 2021年第10期21-28,共8页

针对目前带分流叶片离心式叶轮缺乏全参数优化设计的问题,提出结合试验设计、响应面模型、三维反问题设计和遗传优化算法,对一离心叶轮的叶片载荷分布、分流叶片周向位置、分流叶片前缘轴面流向位置、叶片尾缘倾角以及做功比进行优化,... 针对目前带分流叶片离心式叶轮缺乏全参数优化设计的问题,提出结合试验设计、响应面模型、三维反问题设计和遗传优化算法,对一离心叶轮的叶片载荷分布、分流叶片周向位置、分流叶片前缘轴面流向位置、叶片尾缘倾角以及做功比进行优化,并引入熵产诊断对叶轮内流场进行流动损失分析。研究结果表明:叶片载荷设计参数NC_(s)(s)、SL_(h)(m)和NC_(s)(m)对叶轮效率影响较大,分流叶片的尾缘倾角θ、周向位置PL、做功比WR和前缘流向位置LL均对叶轮的效率具有较大影响,并且其相较叶片载荷设计参数的影响程度更大。在叶轮内,壁面、湍流和脉动熵产损失占主导地位。在设计时,分流叶片宜采用主叶片做功0.5倍,10°倾角,周向位置应靠近主叶片吸力面,流向长度不应太短。 展开更多

关键词 离心式叶轮 分流叶片 三维反问题设计 优化

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喷水推进器设计及水力性能预报方法 被引量：2

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作者 张明宇 俞伟强 +1 位作者 吴晓阳 赵晓明 《船舶物资与市场》 2020年第10期13-18,共6页

为促进国内喷水推进器研发技术的快速发展,以某高速船为对象,探索采用喷泵选型、旋转机械三维反问题设计方法、进水流道参数化设计方法完成喷水推进器设计,在验证数值计算可信性的基础上采用CFD方法对所设计喷泵和喷水推进器整体水力性... 为促进国内喷水推进器研发技术的快速发展,以某高速船为对象,探索采用喷泵选型、旋转机械三维反问题设计方法、进水流道参数化设计方法完成喷水推进器设计,在验证数值计算可信性的基础上采用CFD方法对所设计喷泵和喷水推进器整体水力性能进行数值预报。结果显示,所设计喷水推进器喷泵效率可达92.8%,喷水推进器推力效率可达71.2%,水力性能较好,预估船舶最高航速可达38 kn。表明本文所用设计方法及CFD方法可切实应用于喷水推进器设计研发,对改善国内喷水推进器设计水平有促进作用。 展开更多

关键词 喷水推进器 三维反问题设计 流道参数化设计 计算流体力学

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叶轮出口环量非线性分布条件下混流泵性能研究 被引量：5

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作者 王梦成 李彦军 +3 位作者 袁建平 陈加琦 郑云浩 杨平辉 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期204-211,共8页

为研究反问题设计中叶轮出口翼展方向环量非线性分布对混流泵外特性及内流场的影响,拓展混流泵优化设计空间,在试验验证数值模拟准确性的基础上,通过在叶轮出口翼展方向插入5个控制点控制环量分布的方法构建了17种不同环量分布形式;在... 为研究反问题设计中叶轮出口翼展方向环量非线性分布对混流泵外特性及内流场的影响,拓展混流泵优化设计空间,在试验验证数值模拟准确性的基础上,通过在叶轮出口翼展方向插入5个控制点控制环量分布的方法构建了17种不同环量分布形式;在其他设计参数不变的基础上使用反问题设计方法对其进行三维造型并使用商业软件CFX进行数值模拟,对其外特性及内部流场进行对比分析。结果表明:环量分布形式对设计工况与小流量工况叶轮效率影响较小,对大流量工况叶轮效率影响较大;在全工况范围内,环量分布形式对叶轮空化性能影响均较大;环量分布形式可显著改变叶轮内部流场,影响叶片不同叶高处的做功能力。 展开更多

关键词 混流泵 三维反问题设计 非线性环量分布 外特性 内流场

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泵喷推进器抗空化性能分析 被引量：3

15

作者 张明宇 俞伟强 石钰 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2021年第1期50-55,共6页

为改善泵喷推进器抗空化性能以提高舰艇推进器空化初始航速,在验证所用方法可信性的基础上,运用三维反问题设计方法及计算流体力学方法对某排水型船进行泵喷推进器大样本优化设计。结果表明:泵喷推进器低压区的存在形式有3种,即大面积... 为改善泵喷推进器抗空化性能以提高舰艇推进器空化初始航速,在验证所用方法可信性的基础上,运用三维反问题设计方法及计算流体力学方法对某排水型船进行泵喷推进器大样本优化设计。结果表明:泵喷推进器低压区的存在形式有3种,即大面积存在、局部存在、在叶片导边和导管进口外壁面呈线状分布;从尺寸选型、叶片负载分布、毂径比、入流角4个方面进行优化设计后,泵喷推进器抗空化性能明显提高。所总结的优化设计方法同样适用于泵喷推进器及导管桨等类似结构推进器的抗空化性能改善。 展开更多

关键词 泵喷推进器 三维反问题设计方法 计算流体力学 抗空化

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泵喷推进器低噪声优化设计 被引量：11

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作者 张明宇 王永生 +1 位作者 林瑞霖 靳栓宝 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期7-12,共6页

以某水下无人潜航器为研究对象,在验证所用方法可信性的基础上运用旋转机械三维反问题设计方法、计算流体力学及计算声学等方法对泵喷推进器进行以降低噪声为目的的优化设计.研究结果显示:对泵喷推进器叶轮施加侧斜、纵斜及叶稍卸载可... 以某水下无人潜航器为研究对象,在验证所用方法可信性的基础上运用旋转机械三维反问题设计方法、计算流体力学及计算声学等方法对泵喷推进器进行以降低噪声为目的的优化设计.研究结果显示:对泵喷推进器叶轮施加侧斜、纵斜及叶稍卸载可有效削弱叶轮和导叶之间的相互作用,进而明显降低了叶轮辐射噪声,通过进一步缩短叶轮的叶顶弦长来降低叶轮与导管内壁面之间的相互作用,泵喷推进器静止部件噪声和推进器总噪声均显著降低. 展开更多

关键词 泵喷推进器 低噪声 三维反问题改进设计 计算流体力学 计算声学

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