高效低噪无过载离心泵多目标水力优化设计

来源：农业工程学报杂志2016年第4期北京时间：

作者：司乔瑞,林刚,袁寿其,曹睿,

摘要：为了整体提高离心泵水力设计水平，以叶频噪声声压级、扬程、效率和轴功率这4个指标作为判断标准，首次采用权矩阵方法借助数值模拟技术对离心泵叶轮进行了多目标优化设计。各指标的数值计算采用CFD/CA（computational fluid dynamics/computational acoustic，计算流体力学和计算声学）相结合的方法进行。基于L9(34)正交试验，深入研究了叶轮直径、叶片出口安放角、叶片出口宽度和进口安放角对离心泵扬程、效率、轴功率和流动噪声的影响规律，并根据权重分析获得了一组最佳几何参数组合。通过进行优化叶轮与原型叶轮的性能对比试验，发现该优化方案全部达标，设计流量下扬程提高2.5%，效率提高3.8%，轴功率下降3.3%，出口声压级降低1.2%，验证了权矩阵数值优化方法的可行性。粒子图像测速法内流场对比试验说明：优化方案无明显"射流-尾迹"流动结构的存在，其最大速度比原型泵小6.7%，低速区的面积比原型泵大，且由于减小了叶轮外径，叶轮和隔舌间的动静干涉作用也有所减弱；高效率低噪声离心泵叶轮设计的关键是选择合理的叶轮和隔舌间隙，以减弱叶轮出口的尾流脉动。该研究为实现高效、无过载、低噪声离心泵水力设计提供了参考。

关键词：离心泵, 优化, 计算机仿真, 噪声, 权矩阵