优化技术在水泵水力设计的应用（上篇）

CFD技术在泵的内流数值模拟、研究泵内部流动规律和结构方面已广泛应用，取得了很多成果。

 

但是初步设计的产品如果通过CFD仿真得到的性能曲线不能满足使用要求，往往需要不断地修改流道形状、进出口角度、几何参数等，再通过仿真计算获得结果。每改变一个参数都要重新在CFD中计算，如此往复，直到产品的性能能够满足设计要求，这样设计者会花费很大的精力在上面。

 

基于叶轮机械设计-仿真-优化的一体化思路，在ANSYS Workbench平台上可实现叶轮机械参数化设计、数值分析和优化设计的所有功能，其中一款专业分析软件——OptiSLang是一款多学科优化、随机分析、稳健与可靠性优化设计软件，在真正意义上地进行叶轮机械的快速优化，帮助工程师更高效便捷地进行产品研发设计。

 

OptiSLang——技术特色与应用

 

OptiSLang 是进行参数敏感性分析、多学科优化、稳健性、可靠性分析与设计优化的算法工具包。

 

 

1、OptiSLang的功能

 

- 参数敏感性分析

■ 确定影响产品性能或工程特性的最重要参数

- 设计优化

■ 多参数、多目标的优化

■ 确定性优化

■ 稳健性优化

■ 可靠性优化

■ 参数反演与反分析

- 稳健性分析

■ 产品性能的稳定性

- 可靠性分析

■ 产品的可靠度与失效概率分析

 

 

2、OptiSLang集成方式

 

n  过程集成

n  参数化模型是优化设计的基础

用户定义的优化设计变量空间

随机生成的稳健性/可靠性分析空间

优化工具需要与求解器集成，求解器基于输入参数对响应进行求解

 

 

n  求解器集成方式-直接集成模式

 

n  OptiSLang被直接集成于ANSYS Workbench环境中

n  但推荐优先采用OptiSLang环境中的Workbench集成节点，因为采用这种方式可以更加灵活地选用OptiSLang环境中提供的所有求解节点搭建所需要的分析流程

 

通过以上对OptiSLang软件简单的介绍，大家对OptiSLang软件有了初步的了解，下面对基于OptiSLang软件的水泵水力设计及优化流程做个详细讲解。

 

ANSYS水泵水力设计流程

 

1、传统一维设计流程

 

传统的离心泵叶片设计是基于一元设计理论设计方法，通过给定外特性参数以及介质属性，利用相似换算或者速度系数的理论方法，确定叶轮的主要尺寸b2、D2、β2等参数，做几次的经验值修正，然后对叶片进行绘制，叶片绘型方法为方格网保角变换法。

 

方格网保角变换法的缺陷

 

该方法一元设计理论流动是轴对称的，即每个轴面上的流动均相同。在同一个过水断面上轴面速度均匀分布，这种方法的缺陷是：

 

n  叶片前方来流速度计算不准确，造成冲角过大或者过小

n  不能调整每个过流断面的角度

n  无法计算叶轮前后盖板影响到叶轮流道内部相对流速

n  无法计算流道间的速度分布

n  无法确定哪种叶片设计方案是优的

 

 

2、ANSYS水泵设计流程

 

在Workbench下，对于旋转机械设计有着一整套的流程：

 

n  一维设计

 

首先将流量、扬程、转速、进出口角度等参数，输入Workbench平台下Vista——CPD离心泵一维设计软件中，得到初始的叶片子午流道形状和叶片外径D2，出口宽度b2，效率等参数。

 

n  三维设计

 

BladeGen

 

在Vista cpd下面右键create new创建一个新的bladeGen文件，进入到三维设计的模块。

 

三维设计模块中具体操作要如何进行？

TurboGrid网格划分工具如何使用？

三维CFD分析的详细步骤是怎样的？

ANSYS水泵优化流程包括哪几步？

……

更多步骤分解和实操教程敬请关注下期内容《优化技术在水泵水力设计的应用（下篇）》