離心泵優(yōu)化方法

　　優(yōu)化是從眾多可行的解決方案或方法中選擇其中一個(gè)合適的，并且各項(xiàng)要求要達(dá)到最優(yōu)化的過程。優(yōu)化是當(dāng)前水泵設(shè)計(jì)之中比較感興趣問題之一，也是能夠使離心泵優(yōu)良性能得到實(shí)現(xiàn)的主要措施。現(xiàn)代離心泵優(yōu)化技術(shù)主要有三方面：優(yōu)化控制、優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化試驗(yàn)。常用的優(yōu)化方法有：試驗(yàn)優(yōu)化、進(jìn)化優(yōu)化、直覺優(yōu)化和數(shù)值模擬優(yōu)化等。

　　1 試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　直到迄今為止，泵技術(shù)是仍是一門半經(jīng)驗(yàn)半理論的學(xué)科，試驗(yàn)在水泵發(fā)展中具有非常重要的地位。我國在工業(yè)上所使用的離心泵設(shè)計(jì)方法仍主要采用傳統(tǒng)的以水力模型為主的相似換算法，這種方法是基于Euler 理論、一元理論以及流動相似理論的水力設(shè)計(jì)方法，所選水力模型的準(zhǔn)確性和適用性決定了泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成敗，這需要大量可靠的資料和豐富的經(jīng)驗(yàn)。國外廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)很適用于泵的研究，那就是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。用正交試驗(yàn)法研究了主要的幾何參數(shù)對泵性能的影響。

　　2 速度系數(shù)法優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　速度系數(shù)法是通過建立大量優(yōu)秀的水模統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上的相似換算法，通過對現(xiàn)有的模型和速度系數(shù)進(jìn)行完善，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。這種設(shè)計(jì)方法可以吸收先進(jìn)的模型，而且可以及時(shí)優(yōu)化諸多系數(shù)，能夠較好的保持泵的設(shè)計(jì)先進(jìn)水平。但是，這種方法由于受到現(xiàn)有模型及經(jīng)驗(yàn)的限制，難以有突破性的進(jìn)展。用多遠(yuǎn)逐步回歸分析方法對離心泵葉輪主要的幾何尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并推薦了一些計(jì)算公式。采用速度系數(shù)法對離心泵葉輪進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的葉輪有良好的水力效率和氣蝕性能。嚴(yán)敬[38]等用數(shù)值分析的方法得到了國外最新速度系數(shù)曲線的插值函數(shù)，為離心泵設(shè)計(jì)吸取國外先進(jìn)技術(shù)提供便利。

　　3 損失極值法優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　怎樣提高離心泵的使用效率，從來都是泵工作者的重要研究課題，并且離心泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)最主要的目的就是提高離心泵的效率，就是使離心泵的各種損失最小。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種思路便是建立各種損失i ?h 和泵的幾何形狀 i x 之間的關(guān)系，所謂優(yōu)化，即在保證設(shè)計(jì)工況上的要求，如揚(yáng)程H 與流量Q 等的情況下，通過1 2 x , x …的不同組合使得最小。這種方法就是損失極值法。英國國家工程實(shí)驗(yàn)室NEL 已經(jīng)將該方法用于混流泵和離心泵的工程設(shè)計(jì)。

　　4準(zhǔn)則篩選法優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　反-正-反優(yōu)化計(jì)算法(Inverse problem-positive problem-inverse problem calculation)簡稱為準(zhǔn)則篩選法。這種方法是在對離心葉輪內(nèi)流體機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，建立諸多減少損失和控制性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，從而確定結(jié)構(gòu)參數(shù)以及流道形狀的各種組合，從中篩選出最佳方案。這種方法可以彌補(bǔ)損失極值法的不足，但是因?yàn)槔碚摶A(chǔ)不完善，各種準(zhǔn)則需要定性分析和經(jīng)驗(yàn)判斷。

　　5 CFD流場數(shù)值模擬及CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

　　正如前述，近年來已經(jīng)有大量的泵內(nèi)部流動測試的結(jié)果得出借助先進(jìn)的流動測試技術(shù)，人們逐漸認(rèn)識泵內(nèi)各種復(fù)雜流動現(xiàn)象。在三維流場計(jì)算基礎(chǔ)上的離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)正日益得到泵界的重視。現(xiàn)在，以無粘性不可壓縮三維流動計(jì)算為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)步入了實(shí)用階段?，F(xiàn)在以一維理論進(jìn)行初步的造型設(shè)計(jì)，以三元流動計(jì)算進(jìn)行泵的性能預(yù)測的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法逐漸成型。這種方法結(jié)合CAD技術(shù)，能夠有效的節(jié)約成本、縮短開發(fā)周期。