1.一种低温离心泵空化和效率综合性能优化设计方法,其特征在于:方法按照如下步骤进行:
1)根据设计要求,确定离心泵优化的叶片参数并建立叶片参数的约束;
2)建模和网格划分:
根据叶片参数的约束,使用三维软件对离心泵的叶片进行建立三维模型,并抽取叶轮的计算域,利用ANSYS ICEM软件对叶轮的计算域进行网格划分;
3)仿真验证:
将划分后的网格导入CFX软件中,在全流量工况下进行瞬态数值模拟计算得到数值模拟结果,再对数值模拟结果进行后处理以获得离心泵的性能曲线;
4)能量损失分析:
以步骤3)得到的网格为基础,由数值模拟结果的速度分布计算获得离心泵熵产率分布情况,处理获得总熵产率;
5)监测空泡体积:
对步骤3)中间获得的数值模拟结果从中提取空泡等值面分布,根据空泡等值面分布获得空泡体积;
6)模型的构建:
构建LSSVR模型并利用叶片参数及其对应的总熵产率和空泡体积输入处理获得最终LSSVR模型、总熵产率最小区间和空泡体积最小区间;
所述步骤6)具体为:
预先构建LSSVR模型,LSSVR模型以离心泵的叶片参数作为输入特征变量,以叶片参数对应的总熵产率和空泡体积进行无量纲处理后作为输出目标变量;
针对叶片参数设置不同的参数组合进行正交试验,进而得到了离心泵不同叶片参数组合下对应的无量纲处理后的总熵产率和空泡体积;
由对应的总熵产率和空泡体积组成一个实验点,将不同叶片参数组合及其对应的实验点输入到LSSVR模型中采用缎蓝园丁鸟优化算法拟合获得最终LSSVR模型,进行处理求解:先针对最终LSSVR模型,以总熵产率最小为目标求解获得最小的总熵产率,建立总熵产率最小区间;
再针对最终LSSVR模型,以空泡体积最小为目标求解获得最小的空泡体积,建立空泡体积最小区间;
7)最优叶片参数计算:
对得到的最终LSSVR模型进行寻优计算求出最佳的叶片参数,使得总熵产率最小区间和空泡体积最小区间之间的重合度最大,输出最优叶片参数,用最佳的叶片参数制作离心泵的叶片。
2.根据权利要求1所述的一种低温离心泵空化和效率综合性能优化设计方法,其特征在于:所述的叶片参数包括离心泵的叶片进口角度β1、进口宽度b1、包角θ和叶片数Z。
3.根据权利要求1所述的一种低温离心泵空化和效率综合性能优化设计方法,其特征在于:针对所述离心泵优化的叶片参数建立如下约束:β1∈[30°,40°]
β1∈[120°,180°]
Z∈[5,9]
上式中:
Km1‑离心泵的叶片进口轴面系数;
Q‑离心泵的流量;
θ‑叶片的包角;
h‑为扬程;
n‑离心泵的叶片转速;
g‑重力加速度。
4.根据权利要求1所述的一种低温离心泵空化和效率综合性能优化设计方法,其特征在于:所述步骤3)中,根据性能曲线对比离心泵的物理特性判断是否达到设计要求,若不满足设计要求,则回到步骤2)重新对三维模型进行网格划分,直到达到满足设计要求。
5.根据权利要求1所述的一种低温离心泵空化和效率综合性能优化设计方法,其特征在于:所述步骤4)中,具体按照以下公式计算总熵产率;
其中,Ptotal loss表示总熵产率,μ表示离心泵中流经流体的粘度,T表示离心泵中流体的局部平均温度,T′表示离心泵中流体的局部脉动温度, 分别表示离心泵中流体在三个方向上的时均速度,u′、v′、w′表示离心泵中流体在三个方向上的脉动速度;τ分别表示离心泵中的壁面切切应力,v分别表示离心泵中壁面流体的速度; 表示离心泵的时均总熵产率, 表示离心泵的脉动总熵产率, 表示离心泵的空化总熵产率, 表示离心泵的壁面总熵产率, 表示离心泵的平均温度梯度总熵产率, 表示离心泵的脉动温度梯度总熵产率; 表示流体的传质速率,ρl、ρv分别表示为流体呈液态下的密度和流体呈蒸汽态下的密度,u,v,w分别表示流体分别在U、V、W方向上的速度分量;K表示离心泵中流体的热导率;V表示离心泵中流体的体积。