[发明专利]提高初生空化性能的水泵叶片厚度设计方法、叶片、叶轮

权利要求书

1.一种提高初生空化性能的水泵叶片厚度的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、对于一个水泵叶片，在叶展方向上提取若干个流面，随机选取其中的一个流面作为待优化流面，并获取所述待优化流面沿流动方向上的叶片厚度的分布曲线；

S2、在所述待优化流面的预定区域设置若干个厚度控制点，并根据各个所述厚度控制点的位置，利用所述分布曲线确定对应位置处的叶片厚度；

S3、对于每一个所述厚度控制点，根据对应位置处的叶片厚度，随机生成预定个数的预定厚度值；

S4、取每一个所述厚度控制点以及对应的所述预定厚度值组成所述预定个数的样本组合，其中每个所述样本组合包括每一个所述厚度控制点以及对应的一个所述预定厚度值；

S5、对于每个所述样本组合，连接其包含的各个所述厚度控制点，生成沿流动方向的所述预定区域的叶片的三维形状；

S6、对于每个所述三维形状对应的叶片，确定其在特定工况下受到的最低压力的平均值；

S7、对于每个所述样本组合，将其包含的各个所述预定厚度值进行二进制编码，并根据所述预定厚度值对应的所述厚度控制点的顺序，按照叶片进口边到出口边的顺序，将对应的所述二进制编码进行首尾连接，形成二进制编码串；

S8、根据所述步骤S6得到的每个所述三维形状对应的叶片的最低压力的平均值，以所述最低压力的平均值最高为优化目标，以所述二进制编码串为基因序列，以所述预定个数的样本组合为第一代样本，进行优化，得到所述预定个数的优化编码串，将各个所述优化编码串变换为对应的厚度值，并于对应的所述厚度控制点组合得到预定个数的优化得到的样本组合，以所述预定个数的得到的样本组合作为第二代样本，以所述得到的样本组合代替上一次计算使用的样本组合，重复所述步骤S5-S8进行迭代，直到预设迭代次数，确定最优的样本组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定区域为按照叶片进口边到出口边的顺序取前10％的部分的叶片；所述若干个厚度控制点为5-10个厚度控制点；所述预定个数为6-10个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厚度控制点在靠近所述叶片进口边的位置分布的密度大于所述厚度控制点在远离所述叶片进口边的位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中利用样条曲线的方式连接其所述包含的各个所述厚度控制点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：对于每一个所述厚度控制点，以对应位置处的叶片厚度的百分比或倍数为范围，随机生成预定个数的预定厚度值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S7中进行二进制编码具体为：将所述预定厚度值变换为长度为8的二进制数，并且设置上限值和下限值，若预定厚度值变换的二进制数大于所述上限值则取所述上限值，若预定厚度值变换的二进制数小于所述下限值则取所述下限值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

根据水泵运行工况范围，基于所述三维形状进行叶轮流域的三维造型、网格划分和计算流体动力学的数值模拟，得到所述样本组合在多工况下受到的最低压力的平均值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中利用遗传算法进行优化，具体包括：

S81、删除最小的所述最低压力的平均值对应的所述二进制编码串，复制最大的所述最低压力的平均值对应的所述二进制编码串；

S82、对于所述步骤S7得到的其他二进制编码串进行两两组合，对每个组合中的两个所述二进制编码串进行交叉，判断交叉概率是否满足预定交叉概率，若满足则将该组合内的两个所述二进制编码串的对应的部分进行等位交换；

S83、对所述步骤S81和步骤S82得到的二进制编码串进行变异操作，判断变异概率是否满足预定变异概率，若满足则将所述步骤S81和步骤S82得到的二进制编码串的部分位置进行变异得到所述预定个数的优化编码串。