【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离心泵设计领域，特别指一种液环式组合泵多目标优化方法。
技术介绍
1、液环式组合泵，是一种由主离心泵和液环泵组合而成的自吸泵，属于特种泵的一种。主离心泵的叶轮和液环泵的液环轮同轴布置，液环泵的液环轮与其环形泵腔上下偏心放置，当液环轮旋转时，会带动泵腔内的液体随之高速转动，形成了一个与泵腔同心的液环。液环轮轴向两侧各有一个月牙形气室，一侧是低压区，月牙随旋转方向渐扩，另一侧是高压区，月牙随旋转方向渐缩。低压区为液环泵的吸气区，与前端的主离心泵入口相通；高压区则是液环泵的排气区，与外界的大气相通，将气体排出泵外。当液环式组合泵开机后，电机带着液环轮和叶轮高速旋转，液环泵会将主离心泵内及进口管内的气体排出泵外，在主离心泵叶轮出口有个单向阀，当主离心泵出口压力大于单向阀的弹簧压力，则单向阀打开，从而完成液环式组合泵的自吸。
2、液环式组合泵的结构简单，体积小，重量轻，便于安装和维护，可以适应地面、高空等不同的工作环境和要求，现已成为航空燃油系统中非常理想的自吸泵结构形式之一。然而如何保证液环式组合泵原性能参数不变，提升其自吸性能，现成为了新的难题。因此，急需提出一种同时考虑效率和自吸性能的液环式组合泵多目标优化方法。迄今为止，尚未见液环式组合泵多目标优化方法的相关报道。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种液环式组合泵多目标优化方法，从而实现满足效率和叶片强度的同时，降低组合泵的重量和提高其自吸性能。
2、为达到以上目的，采用
3、一种液环式组合泵多目标优化方法，液环式组合泵是一种由主离心泵和液环泵组合而成的自吸泵，主离心泵的叶轮和液环泵的液环轮共轴，液环式组合泵多目标优化方法包括以下步骤：
4、步骤一：以主离心泵扬程系数和叶轮应力为约束，以主离心泵的水力效率最高、叶轮形变最小、重量最轻为目标，基于智能优化算法对液环式组合泵主离心泵叶轮进行了多目标优化；
5、步骤二：在主离心泵优化结果的基础上，以液环泵自吸时间和轴功率作为评判指标，以液环轮叶片数、液环轮宽度、液环轮叶片出口倾角、液环轮偏心距和液环轮轮毂倾角为试验因素，建立液环轮主要几何参数与液环泵自吸时间和轴功率的回归模型，并基于遗传算法对液环泵液环轮进行多目标优化；
6、步骤三：搭建液环式组合泵试验台，试验验证液环式组合泵多目标优化方法的可行性；
7、步骤四：考虑热力学效应和离心泵旋转运动与几何特征，改进zwart-gerber-belamri(z-g-b)空化模型，并对优化前后的液环式组合泵内空化流动进行了数值计算，分析优化前后液环式组合泵汽蚀特性曲线、空泡体积占比及出口压力脉动特性。
8、优选地，所述步骤一中，液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化的步骤具体如下：
9、(1)基于五点四次贝塞尔曲线实现液环式组合泵主离心泵叶轮的参数化建模，并基于ansys optislang搭建液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化设计平台；
10、(2)构建液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化数学模型，即以五点四次贝塞尔曲线中10个叶片角度控制点和10个叶片厚度控制点作为设计变量，以主离心泵扬程系数和叶轮应力为约束，以主离心泵的水力效率最高、叶轮形变最小、重量最轻为优化目标；
11、(3)基于最优拉丁超立方法生成液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化设计的样本空间；
12、(4)基于智能优化算法对液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化数学模型进行全局寻优求解，从而得到叶轮优化的最优解集。
13、优选地，扬程系数的约束是以主离心泵的扬程系数波动在3％范围内，即
14、其中ψ0为优化前主离心泵的扬程系数，ψ(x)为优化后主离心泵的扬程系数。
15、优选地，叶轮应力的约束是优化后主离心泵叶轮受到的最大应力σmax低于或等于优化前主离心泵叶轮受到的最大应力即
16、优选地，所述的智能优化算法是自适应模拟退火算法、或遗传算法、或蚁群算法、或粒子群算法。
17、优选地，所述步骤二中，液环泵液环轮多目标优化的步骤具体如下：
18、s1：在主离心泵优化结果的基础上，以液环泵自吸时间和轴功率作为评判指标，以液环轮叶片数、液环轮宽度、液环轮叶片出口倾角、液环轮偏心距和液环轮轮毂倾角主要几何参数为试验因素，对液环泵液环轮进行正交试验，并根据极差分析和方差分析得到各试验因素对判定指标的影响大小；
19、s2：采用正交多项式回归分析确定液环轮主要几何参数与液环泵自吸时间和轴功率的回归模型；
20、s3：采用遗传算法对液环轮自吸时间和轴功率的回归模型进行多目标优化，确定液环轮最佳结构。
21、优选地，所述步骤三中，试验验证液环式组合泵多目标优化方法的可行性的步骤具体如下：
22、(1)搭建液环式组合泵闭式试验台，该试验台模拟地面环境和高空环境下液环式组合泵性能试验和汽蚀试验，获取液环式组合泵的流量、扬程、效率、功率、必需汽蚀余量、出口脉动压力；
23、(2)采用电子秤称液环式组合泵主离心泵叶轮的重量，对比分析优化前后主离心泵叶轮的重量；
24、(3)试验测量额定流量下液环式组合泵扬程、效率、功率、出口脉动压力以及自吸时间，并通过真空泵抽真空的方式测量额定流量下液环式组合泵的必需汽蚀余量，同时分析额定流量下优化前后液环式组合泵的扬程系数、效率、功率、出口脉动压力均值、必需汽蚀余量以及自吸时间，从而验证液环式组合泵多目标优化方法的可行性。
25、优选地，所述步骤四中改进z-g-b空化模型的步骤具体如下：
26、s1：考虑离心泵旋转运动与几何特征，提出气泡直径rb计算公式，式中，c为常数项系数，通过离心泵可视化试验数据来拟合得到；z为主离心泵叶轮的叶片数；k为湍动能；ρl为液相密度；n为液环式组合泵的转速；
27、s2：考虑热力学效应，改进z-g-b空化模型，则改进的z-g-b空化模型蒸发源项表达式和凝结源项表达式为：
28、
29、
30、式中：cevap为蒸发系数；αv为汽相体积分数；ρv为气相密度；pv为汽泡内压力(假设为泵内运行介质温度下的饱和蒸汽压)；p为汽泡周围液体压力；cpl为液相的定压比热；αl为液体的热扩散量，αl＝λl/ρlcpl；λl为液相的热导率；t为任意时刻；t∞为远场温度；t为任意时刻t的温度；lev为汽化潜热；ccond为凝结系数。
31、s3：采用最小二乘法将改进的z-g-b空化模型中的各项物性参数均拟合为温度的函数；
32、s4：将改进的z-g-b空化模型通过cfx表达式语言(cfx expression language,cel)嵌入到cfx中，公式中未包含的导热系数λv、定压比热容cpv等同样随温度变化的参数也均拟合为温度的函数，并输入到cfx前处理的相应位置中。...
【技术保护点】
1.一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，液环式组合泵是一种由主离心泵和液环泵组合而成的自吸泵，主离心泵的叶轮和液环泵的液环轮共轴，液环式组合泵多目标优化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述步骤一中，液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化的步骤有：
3.根据权利要求1或2所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，扬程系数的约束是以主离心泵的扬程系数波动在3％范围内，即其中，ψ0为优化前主离心泵的扬程系数，ψ(x)为优化后主离心泵的扬程系数。
4.根据权利要求1或2所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，叶轮应力的约束是优化后主离心泵叶轮受到的最大应力σmax低于或等于优化前主离心泵叶轮受到的最大应力即
5.根据权利要求1或2所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述的智能优化算法是自适应模拟退火算法、或遗传算法、或蚁群算法、或粒子群算法。
6.根据权利要求1所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述步骤二中，液环泵液环轮多
7.根据权利要求1所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述步骤三中，试验验证液环式组合泵多目标优化方法的可行性的步骤有：
8.根据权利要求1所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述步骤四中，改进Z-G-B空化模型的步骤有：
...【技术特征摘要】
1.一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，液环式组合泵是一种由主离心泵和液环泵组合而成的自吸泵，主离心泵的叶轮和液环泵的液环轮共轴，液环式组合泵多目标优化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，所述步骤一中，液环式组合泵主离心泵叶轮多目标优化的步骤有：
3.根据权利要求1或2所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，扬程系数的约束是以主离心泵的扬程系数波动在3％范围内，即其中，ψ0为优化前主离心泵的扬程系数，ψ(x)为优化后主离心泵的扬程系数。
4.根据权利要求1或2所述的一种液环式组合泵多目标优化方法，其特征在于，叶轮应力的约束是优化后主...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，刘厚林，胡建斌，谈明高，马皓晨，吴贤芳，董亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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