CFD技術在泵的內流數值模擬、研究泵內部流動規律和結構方面已廣泛應用，取得了很多成果。

 

但是初步設計的產品如果通過CFD仿真得到的性能曲線不能滿足使用要求，往往需要不斷地修改流道形狀、進出口角度、幾何參數等，再通過仿真計算獲得結果。每改變一個參數都要重新在CFD中計算，如此往復，直到產品的性能能夠滿足設計要求，這樣設計者會花費很大的精力在上面。

 

基于葉輪機械設計-仿真-優化的一體化思路，在ANSYS Workbench平臺上可實現葉輪機械參數化設計、數值分析和優化設計的所有功能，其中一款專業分析軟件——OptiSLang是一款多學科優化、隨機分析、穩健與可靠性優化設計軟件，在真正意義上地進行葉輪機械的快速優化，幫助工程師更高效便捷地進行產品研發設計。

 

OptiSLang——技術特色與應用

 

OptiSLang 是進行參數敏感性分析、多學科優化、穩健性、可靠性分析與設計優化的算法工具包。

 

 

1、OptiSLang的功能

 

- 參數敏感性分析

■ 確定影響產品性能或工程特性的最重要參數

- 設計優化

■ 多參數、多目標的優化

■ 確定性優化

■ 穩健性優化

■ 可靠性優化

■ 參數反演與反分析

- 穩健性分析

■ 產品性能的穩定性

- 可靠性分析

■ 產品的可靠度與失效概率分析

 

 

2、OptiSLang集成方式

 

n  過程集成

n  參數化模型是優化設計的基礎

用戶定義的優化設計變量空間

隨機生成的穩健性/可靠性分析空間

優化工具需要與求解器集成，求解器基于輸入參數對響應進行求解

 

 

n  求解器集成方式-直接集成模式

 

n  OptiSLang被直接集成于ANSYS Workbench環境中

n  但推薦優先采用OptiSLang環境中的Workbench集成節點，因為采用這種方式可以更加靈活地選用OptiSLang環境中提供的所有求解節點搭建所需要的分析流程

 

通過以上對OptiSLang軟件簡單的介紹，大家對OptiSLang軟件有了初步的了解，下面對基于OptiSLang軟件的水泵水力設計及優化流程做個詳細講解。

 

ANSYS水泵水力設計流程

 

1、傳統一維設計流程

 

傳統的離心泵葉片設計是基于一元設計理論設計方法，通過給定外特性參數以及介質屬性，利用相似換算或者速度系數的理論方法，確定葉輪的主要尺寸b2、D2、β2等參數，做幾次的經驗值修正，然后對葉片進行繪制，葉片繪型方法為方格網保角變換法。

 

方格網保角變換法的缺陷

 

該方法一元設計理論流動是軸對稱的，即每個軸面上的流動均相同。在同一個過水斷面上軸面速度均勻分布，這種方法的缺陷是：

 

n  葉片前方來流速度計算不準確，造成沖角過大或者過小

n  不能調整每個過流斷面的角度

n  無法計算葉輪前后蓋板影響到葉輪流道內部相對流速

n  無法計算流道間的速度分布

n  無法確定哪種葉片設計方案是優的

 

 

2、ANSYS水泵設計流程

 

在Workbench下，對于旋轉機械設計有著一整套的流程：

 

n  一維設計

 

首先將流量、揚程、轉速、進出口角度等參數，輸入Workbench平臺下Vista——CPD離心泵一維設計軟件中，得到初始的葉片子午流道形狀和葉片外徑D2，出口寬度b2，效率等參數。

 

n  三維設計

 

BladeGen

 

在Vista cpd下面右鍵create new創建一個新的bladeGen文件，進入到三維設計的模塊。

 

三維設計模塊中具體操作要如何進行？

TurboGrid網格劃分工具如何使用？

三維CFD分析的詳細步驟是怎樣的？

ANSYS水泵優化流程包括哪幾步？

……

更多步驟分解和實操教程敬請關注下期內容《優化技術在水泵水力設計的應用（下篇）》