本文關(guān)鍵詞：離心泵多工況實驗設(shè)計方法改善研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：實驗設(shè)計(Design of Experiment,DOE)是一種安排實驗和分析試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計方法,在泵水力模型設(shè)計過程中,通過實驗設(shè)計方法能夠建立設(shè)計目標(biāo)與葉輪幾何參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型,通過對數(shù)學(xué)模型求解,可以得到滿足多工況設(shè)計要求的葉輪幾何參數(shù)的定量解。采用數(shù)值模擬進(jìn)行泵的性能預(yù)測和優(yōu)化,再進(jìn)行試驗驗證的方法已經(jīng)得到廣泛采用。因此,實驗設(shè)計安排的實驗方案采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行性能預(yù)測。但是,數(shù)值模擬對泵在小流量、大流量工況下的性能預(yù)測通常會存在誤差,致使通過實驗設(shè)計方法建立的數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確,因此數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性對泵性能預(yù)測及建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型有重要意義。同時,數(shù)學(xué)模型建立的過程中,因子的選擇、因子的水平數(shù)、因子間的交互效應(yīng)等對數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性也存在重要影響。當(dāng)數(shù)學(xué)模型中自變量因子較復(fù)雜及設(shè)計目標(biāo)較多時,直接求解數(shù)學(xué)模型得到葉輪幾何參數(shù)的取值將會變得非常困難。本文對以上存在的問題進(jìn)行了研究。本文主要研究內(nèi)容如下:1)基于實驗設(shè)計方法,對具有3個揚程設(shè)計要求的特種多級泵葉輪水力模型進(jìn)行了多工況設(shè)計。建立了泵在0.3QBEP、QBEP、1.2QBEP流量下?lián)P程與葉輪幾何主要參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)數(shù)學(xué)模型及葉輪幾何參數(shù)對性能的影響規(guī)律,對設(shè)計的葉輪進(jìn)行優(yōu)化,并對最優(yōu)葉輪的水力性能進(jìn)行了試驗驗證。對設(shè)計過程中存在的問題進(jìn)行了分析,由于泵揚程預(yù)測數(shù)值模擬及所建立的數(shù)學(xué)模型不夠準(zhǔn)確,致使設(shè)計的葉輪在QBEP、1.2QBEP流量下未能達(dá)到設(shè)計要求。2)通過湍流模型的選擇,開展了不同湍流模型對泵揚程性能預(yù)測準(zhǔn)確性研究。介紹了雷諾應(yīng)力類、渦粘性類湍流模型具有的特點、適用條件及在泵性能預(yù)測中存在的不足。研究雷諾應(yīng)力類與渦粘性類湍流模型對泵揚程進(jìn)行性能預(yù)測時之間存在的區(qū)別及其適用性;針對泵在不同流量下,如何選擇有效的湍流模型,以使揚程性能預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確,提出了選擇方法,并進(jìn)行了實例驗證。3)通過3因子3水平完全析因?qū)嶒炁c3因子2水平完全析因?qū)嶒炦M(jìn)行對比的方法對提高數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性的方法進(jìn)行研究,并對數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實驗驗證。主要研究了在數(shù)學(xué)模型建立的過程中,模型的建立方法、因子的選擇、因子間的交互效應(yīng)等對數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性的影響。4)在mode FRONTIER優(yōu)化設(shè)計平臺基礎(chǔ)上,結(jié)合DOE方法建立的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行泵的多工況優(yōu)化設(shè)計。以模型泵SM73-70滿足3個揚程設(shè)計要求為例,通過對數(shù)學(xué)模型中的葉片數(shù)、出口寬度、出口角進(jìn)行自動賦值,以設(shè)計要求作為約束條件,對結(jié)果進(jìn)行了自動篩選,得到了滿足設(shè)計要求的葉輪幾何參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：泵 揚程 多工況設(shè)計 湍流模型 性能預(yù)測 數(shù)學(xué)模型 葉輪 幾何參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 多工況設(shè)計方法的研究12-13
• 1.2.2 數(shù)值模擬過程中湍流模型的研究13-15
• 1.2.3 葉輪幾何參數(shù)對泵性能的影響15-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-18
• 第二章 基于實驗設(shè)計（DOE）的特種多級泵水力模型設(shè)計18-27
• 2.1 實驗設(shè)計設(shè)計原理18-19
• 2.1.1 計劃實施階段18
• 2.1.2 數(shù)據(jù)分析階段18
• 2.1.3 求解階段18-19
• 2.1.4 葉輪設(shè)計及性能驗證階段19
• 2.2 基于速度系數(shù)法的水力模型設(shè)計過程19-21
• 2.2.1 葉輪進(jìn)口主要參數(shù)的計算19-20
• 2.2.2 葉輪出口主要參數(shù)的計算20-21
• 2.2.3 泵性能參數(shù)的計算21
• 2.3 基于實驗設(shè)計（DOE）的葉輪水力設(shè)計21-26
• 2.3.1 設(shè)計要求22
• 2.3.2 響應(yīng)變量的確定22
• 2.3.3 自變量因子的確定22-23
• 2.3.4 實驗安排及模擬實驗結(jié)果23
• 2.3.5 數(shù)學(xué)模型建立23-24
• 2.3.6 葉輪重新設(shè)計及性能預(yù)測結(jié)果24-26
• 2.4 討論26
• 2.5 小結(jié)26-27
• 第三章 湍流模型對離心泵揚程預(yù)測準(zhǔn)確性的影響27-42
• 3.1 渦粘性類湍流模型27-28
• 3.2 雷諾應(yīng)力類湍流模型28-29
• 3.3 渦粘性類、雷諾應(yīng)力類湍流模型之間的區(qū)別29
• 3.4 不同湍流模型對揚程預(yù)測準(zhǔn)確性的影響29-39
• 3.4.1 研究方案30
• 3.4.2 數(shù)值模擬30-31
• 3.4.3 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性檢查31-32
• 3.4.4 模型的模擬值與試驗值的對比分析32-39
• 3.5 湍流模型準(zhǔn)確性試驗驗證39-41
• 3.5.1 數(shù)值模擬過程中殘差對數(shù)據(jù)讀取的影響39
• 3.5.2 湍流模型選擇的試驗驗證39-41
• 3.6 小結(jié)41-42
• 第四章 DOE方法數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性研究42-52
• 4.1 揚程與葉輪幾何參數(shù)之間數(shù)學(xué)模型的建立及其準(zhǔn)確性研究42-47
• 4.1.1 變量的選取42-43
• 4.1.2 實驗安排43-44
• 4.1.3 實驗結(jié)果44
• 4.1.4 3因子3水平數(shù)實驗設(shè)計數(shù)學(xué)模型44-46
• 4.1.5 3因子2水平數(shù)實驗設(shè)計數(shù)學(xué)模型46-47
• 4.2 數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性實驗驗證47-49
• 4.2.1 幾何參數(shù)的選取47-48
• 4.2.2 預(yù)測結(jié)果分析48-49
• 4.3 葉片數(shù)、出口安放角、出口寬度對流量-揚程曲線的影響49-51
• 4.3.1 葉片數(shù)對流量-揚程曲線的影響49-50
• 4.3.2 葉片出口角對流量-揚程曲線的影響50
• 4.3.3 出口寬度對流量-揚程曲線的影響50-51
• 4.4 小結(jié)51-52
• 第五章 mode FRONTIER多目標(biāo)優(yōu)化平臺的應(yīng)用52-58
• 5.1 mode FRONTIER多目標(biāo)優(yōu)化簡述52-54
• 5.1.1 界面52
• 5.1.2 節(jié)點功能52-53
• 5.1.3 運行窗口53
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理窗口53-54
• 5.2 mode FRONTIER的應(yīng)用過程54-57
• 5.2.1 模型建立54-56
• 5.2.2 Run Logs 窗口56-57
• 5.2.3 Designs Space 窗口57
• 5.3 小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-62
• 6.1 總結(jié)58-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67-68
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間取得的相關(guān)科研成果68

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本文編號：254279