1.一种离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,所述叶轮设有周期性对称的偶数个叶片(8),其特征在于,包括以下步骤:步骤S1、绘制包括叶轮区域(1)和出水室(2)在内的离心泵三维水力模型,任选叶轮上的一个叶片(8)作为基准叶片并编号为1,对剩余叶片(8)则按照叶轮转动方向依次编号为2至N,其中N为叶片总数目;
步骤S2、基于步骤S1获得的水力模型,划分网格,建立计算流体力学模型,开展所需研究的工况下的瞬态仿真计算以获得流场瞬态变化情况;
步骤S3、步骤S2的计算过程中,分别记录一个叶轮旋转周期内基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力的时变数据,其中第一径向和第二径向为叶轮的两个互相正交的径向方向;
步骤S4、对步骤S3获得的时变数据,基于最小二乘法进行三角函数拟合,将基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力分别表示为F1X和F1Y:以上a1X、 b1X和a1Y、 b1Y均为三角函数拟合得到的参数值;S1X(t)和S1Y(t)均为拟合残差,二者分别为各时刻基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力的原始值与三角函数拟合值之差;t为时间,ω为角频率:ω=2π/T(3)
以上T为叶轮旋转周期,π为圆周率;
步骤S5、对任一叶片(8),记其编号为i,则将其在第一径向和第二径向上所受液体压力分别表示为FiX和FiY:将S1X(t)和S1Y(t)视为以T为周期的周期性原信号,以上S1X[t‑T(i‑1)/N]和S1Y[t‑T(i‑
1)/N]分别表示,将原信号S1X(t)和S1Y(t)往时间轴t的增加方向分别移动T(i‑1)/N的时间间隔后获得的信号;
步骤S6、将所需研究的工况下叶轮在第一径向和第二径向上所受水力径向力分别分解表示为 和 其中FiX和FiY分别为步骤S5获得的编号为i的叶片(8)在第一径向和第二径向上所受液体压力。
2.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S2中的计算流体力学模型中,将叶轮区域(1)设置为旋转的动网格,旋转频率为叶轮的转动频率。
3.根据权利要求1或2所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S2中的计算流体力学模型中,叶轮区域(1)的旋转频率恒定。
4.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S2中的计算流体力学模型中,包括进口和出口边界条件,并通过二者之一设定一个恒定液体进入流量。
5.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S2中的瞬态仿真计算,具有恒定的、不大于叶轮旋转周期的1%的时间步长。
6.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S3中进行数据记录的一个叶轮旋转周期,为瞬态仿真计算达到收敛后的一个完整的叶轮旋转周期。
7.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S3中某个时刻基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力,分别为该时刻下基准叶片表面液体压强在第一径向和第二径向上的分量对叶片表面面积的积分。
8.根据权利要求1所述的离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法,其特征在于,所述步骤S4中的拟合残差S1X(t)和S1Y(t)均为以叶轮旋转周期T为周期的周期性信号。
9.一种应用权利要求1至8任一项所述离心泵叶轮水力径向力的分解表示方法的优化设计方法,其特征在于,以基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力的表示结果F1X和F1Y为优化对象,借助计算流体力学瞬态仿真计算进行叶片结构设计的调整以获得最优的叶片结构设计方案。
10.根据权利要求9所述的优化设计方法,其特征在于,所述以基准叶片在第一径向和第二径向上所受液体压力的表示结果F1X和F1Y为优化对象,包括通过优化设计实现以下两个目标中的任一个或全部目标:目标1:取得以下参数中一个或多个的最小值:拟合参数b1X,拟合参数b1Y,参数目标2:降低拟合残差S1X(t)和/或拟合残差S1Y(t)在全部或部分时间段的绝对值。