[发明专利]一种轴流泵多工况智能设计与优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴流泵多工况的集成优化方法和智能优化平台，特指基于Isight软件，集成旋转机械三维设计软件CFturbo和泵阀专业仿真软件PumpLinx，提出了一种优化速度快、高效区宽的轴流泵多工况只能设计与优化方法。

背景技术

轴流泵作为一种大流量、低扬程泵产品，在洪涝排水、农田灌溉、跨流域调水、喷水推进和大型水利工程等方面获得广泛的应用。我国对轴流泵水力模型的研制起步较晚，当时主要仿制前苏联水力模型，虽然研制了一批性能优良的水力模型，且总结出了如升力法、流线法等水力设计方法，但与目前国外的轴流泵技术相比，我国在三维流动理论研究轴流泵水力模型设计、水力安全稳定性、各部件精确匹配优化等方面还存在差距。因此，我国研制的轴流泵模型普遍存在效率偏低、高效区窄等问题，且目前的常规设计方法不够成熟，导致研发周期较长。

近年来，随着南水北调和泵站更新改造等工程的兴起，低扬程、高比转速的轴流泵需求量越来越大，研制效率高、高效区宽的轴流泵水力模型显得非常迫切。为了降低设计周期与成本，提高产品的性能，本发明提出了一种基于Isight软件的轴流泵多工况智能设计与优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种轴流泵多工况智能设计与优化方法，以大大缩减优化周期，节省人力和成本，拓宽轴流泵的高效区。

为了解决以上技术问题，本发明利用Isight软件将旋转机械三维设计软件CFturbo和泵阀专业仿真软件PumpLinx进行集成优化，该方法运用Isight软件的商用软件集成功能，采用批处理命令将CFturbo软件和PumpLinx软件集成，通过XML语言编制的脚本文件控制软件的执行和相关参数的修改，以多个工况的效率最高为目标，再由Isight软件的优化模块实现自动循环和优化，并最终取得优化解。具体技术方案如下：

一种轴流泵多工况智能设计与优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，根据现有设计参数，利用旋转机械三维设计软件即CFturbo软件设计一个轴流泵的原始模型，包括进口段、叶轮、导叶和出口段，完成后导出记录设计过程和几何参数的脚本文件，作为优化的输入文件；

步骤二，将CFturbo软件中设计完成的轴流泵的流体域导入泵阀专业仿真软件即PumpLinx软件中完成前处理设置和数值计算，并导出PumpLinx软件的计算结果文件作为输出文件；

步骤三，将输入和输出文件加载到Isight软件中，利用自带的集成组件将CFturbo软件和PunpLinx软件进行集成，自动完成数据交换，然后编写批处理命令并加载到Isight软件中，最后设置优化组件，完成轴流泵智能优化平台的搭建。

所述步骤一包括以下过程：

过程1.1，借助CFturbo软件设计进口段、叶轮、导叶和出口段的子午面流道，分别给定四个部分的轮缘、轮毂直径及流道长度，并通过改变控制点的轴向坐标Z来改变叶片在子午面中的形状；

过程1.2，将叶轮和导叶流道划分出五个等距的圆柱流面，采用中弧线设计模式设计翼型，将各圆柱流面上翼型中弧线平滑连接成中弧面；通过正交厚度分布生成叶片实体；

过程1.3，设计叶片平面投影图，以叶片旋转轴为中心建立极坐标系，给定各圆柱流面上翼型中弧线前缘的角度坐标和包角，确定叶片进出口边的在平面投影图上的几何形状，为了更好的控制叶片形状，进口边设置于同一角度线上，包角从轮毂到轮缘按线性规律变化；

过程1.4，在CFturbo软件中将设计好的原始模型切分出流体域，并以.STL格式导出；

过程1.5，导出CFturbo软件中记录设计过程和几何参数的脚本文件，其后缀名为.BATCH；

所述叶片包括叶轮叶片和导叶叶片。

所述步骤二包括以下过程：

过程2.1，将原始模型的流体域导入PumpLinx软件中进行前处理设置并执行计算，将记录并执行轴流泵前处理和数值计算的脚本文件以记事本格式导出并修改后缀名为.spro，并且在优化过程中保持轴流泵的计算条件不变；

过程2.2，将记录PumpLinx软件计算结果的文件以记事本格式导出，作为优化的输出文件。

所述步骤三包括以下过程：

过程3.1，在Isight软件中将CFturbo软件的脚本文件写入并定义优化变量，同时读取输出文件中相应的目标值；

过程3.2，在记事本中分别写入CFturbo软件和PumpLinx软件的批处理命令，其书写格式为：

"软件安装目录/软件名称"-脚本文件名称