[发明专利]一种能适用多工况变化要求的高效泵叶片设计方法

说明书

本发明公开了一种能适用多工况变化要求的高效泵叶片设计方法，包括如下步骤：S1、选取表面光滑型鱼类，沿鱼体长度方向获取截面形成翼型轮廓；S2、对翼型轮廓取点记录并拟合得到仿生翼型；S3、使用非支配解排序遗传算法NSGA‑II对步骤S2中得到的仿生翼型进行优化设计，直至性能不再随着迭代次数的增加而提高时得到帕累托最优翼型；S4、将完成优化后得到的翼型应用至水泵叶片。本发明在多宝鱼鱼身翼型轮廓拟合形成仿生翼型的基础上，结合遗传算法优化翼型的升阻特性，使叶片能够在更加宽泛的工作区间内保持较高的性能，优化了水泵的性能，使水力机械适应更多的工作环境，达到对水力机械在多工况下优化的目的。

技术领域

本发明涉及水泵叶片设计领域，具体是一种能适用多工况变化要求的高效泵叶片设计方法。

背景技术

水泵是输送液体的重要机械，它将电机的机械能传递给液体，使液体加压，从而将液体输送到远处。其中叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量的，通常来说水泵的水力性能由多种因素共同决定，而叶片可以看作是最重要的因素之一，其中叶片的升阻特性是水泵的性能决定性因素，因此对水泵叶片的升阻进行优化设计成为了提高水泵效率的重要途径。

然而已知的水泵叶片设计通常是针对某个特定流量工况下的，这就意味着这种水泵叶轮只能在较窄的流量范围内保持着高性能。而当水泵因为某些原因，其实际工况点与设计工况点发生偏移时，其性能将出现明显下降，造成能源的浪费，甚至使泵的可靠性降低，引发故障。因此对水泵叶片在多工况下进行优化是很有必要的。而泵的设计流量很大程度受到叶片安放角的设计的影响，因此可以通过对叶片在多攻角下进行优化从而达到对水泵在多流量下性能的优化。在先前的研究中已有设计人员从水生动物中获取灵感，将鱼类的外形用于水泵的叶片设计，取得了较好的性能，然而如何利用鱼类的外形来最大化翼型的升阻特性，使叶片能够在更加宽泛的工作区间内保持较高的性能，一直亟待解决。

发明内容

为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种能适用多工况变化要求的高效泵叶片设计方法。本发明在仿生翼型的基础上，结合遗传算法优化翼型的升阻特性，使叶片能够在更加宽泛的工作区间内保持较高的性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种能适用多工况变化要求的高效泵叶片设计方法，包括如下步骤：

S1、选取表面光滑型鱼类，沿鱼体长度方向获取截面形成翼型轮廓；

S2、对翼型轮廓取点记录并拟合得到仿生翼型；

S3、使用非支配解排序遗传算法NSGA-II对步骤S2中得到的仿生翼型进行优化设计，直至性能不再随着迭代次数的增加而提高时得到帕累托最优翼型；

S4、将完成优化后得到的翼型应用至水泵叶片。

作为本发明进一步的方案：在步骤S2中，对翼型轮廓取点采用如下函数进行拟合：

其中e(k)＝(ln0.5)/(lnx_k),(0≤x_k≤1)，x_(k)是翼型弦线上所选的节点；

y_up为未经拟合的原始翼型的上骨线纵坐标；

y_low为未经拟合的原始翼型的下骨线纵坐标；

y_Oup为经拟合得到的新翼型的上骨线纵坐标；

y_Olow为经拟合得到的新翼型的下骨线纵坐标；

f_k(x)为形状函数；