[发明专利]基于熵产和叶片载荷联合约束的离心泵叶轮及其设计方法

摘要

本发明涉及基于熵产和叶片载荷联合约束的离心泵叶轮及其设计方法。目的是提供的方法能够提高设计效率，提供的离心泵叶轮可以降低离心泵能量损失。技术方案是：一种基于熵产和叶片载荷联合约束的离心泵叶轮设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定流道叶片载荷分布；2)绘制出叶片几何模型；3)验证是否符合物理要求；4)若叶片模型不满足物理要求，则返回步骤1)重新绘制叶片；5)计算出叶片的能量损失分布情况；6)开至少一个圆形的平衡孔；7)进行CFD仿真验证。一种离心泵叶轮：包含六个叶片，每个叶片上分别开有平衡孔，平衡孔位于叶片轴向的中截面位置，平衡孔的中心到叶片进口的距离为叶片长度的70％～80％。

主权项

一种基于熵产和叶片载荷联合约束的离心泵叶轮设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在计算机的CFD系统中对原型泵进行仿真，根据计算公式确定流道叶片载荷分布；式中：p⁺和p^‑分别为叶片压力面和吸力面压力，单位Pa；z为叶片数；W_mbl为叶片流线上的相对速度，单位m/s；ρ为水的密度；为速度环量，单位m²/s；m为相对轴面流线长度；为叶片载荷；2)根据载荷分布情况，在确定两条叶片载荷曲线后，根据叶片型线微分方程绘制出叶片几何模型；3)对绘制出的叶片几何模型进行CFD仿真验证是否符合物理要求；4)若叶片模型不满足物理要求，则返回步骤1)，调整叶片载荷分布，重新绘制叶片；5)若设计的叶轮满足物理要求，则基于能量熵理论，根据公式计算出叶片的能量损失分布情况；S_D”′的值由雷诺平均N‑S方程获得，S_D′”′可由式得出，其中κ和ω分别是SSTκ‑ω模型中的湍动能和特征频率,α＝0.09为经验常数，V代表流道体积，T为离心泵内部温度；6)根据叶片的能量损失分布情况，在叶片上发生能量损失的主要位置开至少一个圆形的平衡孔，平衡孔半径为叶片出口端宽度的1/5～1/6，平衡孔轴向位置位于叶片中截面；7)若叶片的能量损失仍不满足要求，则改变叶片载荷分布，返回步骤2)，直到设计出满足能量损失要求的叶片为止。