優(yōu)化技術(shù)在水泵水力設(shè)計(jì)的應(yīng)用（上）
作者：謝文麗上海安世亞太結(jié)構(gòu)應(yīng)用工程師
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CFD技術(shù)在泵的內(nèi)流數(shù)值模擬、研究泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)方面已廣泛應(yīng)用，取得了很多成果。
但是初步設(shè)計(jì)的產(chǎn)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(jìn)出口角度、幾何參數(shù)等，再通過仿真計(jì)算獲得結(jié)果。每改變一個(gè)參數(shù)都要重新在CFD中計(jì)算，如此往復(fù)，直到產(chǎn)品的性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求，這樣設(shè)計(jì)者會(huì)花費(fèi)很大的精力在上面。
基于葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)-仿真-優(yōu)化的一體化思路，在ANSYS Workbench平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)葉輪機(jī)械參數(shù)化設(shè)計(jì)、數(shù)值分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的所有功能，其中一款專業(yè)分析軟件——OptiSLang是一款多學(xué)科優(yōu)化、隨機(jī)分析、穩(wěn)健與可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，在真正意義上的進(jìn)行葉輪機(jī)械的快速優(yōu)化，幫助工程師更高效便捷地進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)。
OptiSLang——技術(shù)特色與應(yīng)用
什么是OptiSLang
OptiSLang 是進(jìn)行參數(shù)敏感性分析、多學(xué)科優(yōu)化、穩(wěn)健性、可靠性分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化的算法工具包。
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OptiSLang的功能
參數(shù)敏感性分析
■ 確定影響產(chǎn)品性能或工程特性的最重要參數(shù)
設(shè)計(jì)優(yōu)化
■ 多參數(shù)、多目標(biāo)的優(yōu)化
■ 確定性優(yōu)化
■ 穩(wěn)健性優(yōu)化
■ 可靠性優(yōu)化
■ 參數(shù)反演與反分析
穩(wěn)健性分析
■ 產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性
可靠性分析
■ 產(chǎn)品的可靠度與失效概率分析
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OptiSLang集成方式
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過程集成
參數(shù)化模型是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)
■ 用戶定義的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量空間
■ 隨機(jī)生成的穩(wěn)健性/可靠性分析空間
優(yōu)化工具需要與求解器集成，求解器基于輸入?yún)?shù)對響應(yīng)進(jìn)行求解
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求解器集成方式-直接集成模式
OptiSLang被直接集成于ANSYS Workbench環(huán)境中
但推薦優(yōu)先采用OptiSLang環(huán)境中的Workbench集成節(jié)點(diǎn)，因?yàn)椴捎眠@種方式可以更加靈活地選用OptiSLang環(huán)境中提供的所有求解節(jié)點(diǎn)搭建所需要的分析流程
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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(shè)計(jì)及優(yōu)化流程做個(gè)詳細(xì)講解。
ANSYS——水泵水力設(shè)計(jì)流程
傳統(tǒng)一維設(shè)計(jì)流程
傳統(tǒng)的離心泵葉片設(shè)計(jì)是基于一元設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)方法，通過給定外特性參數(shù)以及介質(zhì)屬性，利用相似換算或者速度系數(shù)的理論方法，確定葉輪的主要尺寸b2、D2、β2等參數(shù)，做幾次的經(jīng)驗(yàn)值修正，然后對葉片進(jìn)行繪制。
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葉片繪型方法方格網(wǎng)保角變換法的缺陷
該方法一元設(shè)計(jì)理論流動(dòng)是軸對稱的，即每個(gè)軸面上的流動(dòng)均相同。在同一個(gè)過水?dāng)嗝嫔陷S面速度均勻分布，這種方法的缺陷是：
葉片前方來流速度計(jì)算不準(zhǔn)確，造成沖角過大或者過小
不能調(diào)整每個(gè)過流斷面的角度
無法計(jì)算葉輪前后蓋板影響到葉輪流道內(nèi)部相對流速
無法計(jì)算流道間的速度分布
無法確定哪種葉片設(shè)計(jì)方案是優(yōu)的
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ANSYS水泵設(shè)計(jì)流程
在Workbench下，對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)有著一整套的流程：
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一維設(shè)計(jì)
首先將流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、進(jìn)出口角度等參數(shù)，輸入Workbench平臺(tái)下Vista——CPD離心泵一維設(shè)計(jì)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(shù)。
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三維設(shè)計(jì)
BladeGen
在Vista cpd下面右鍵create new創(chuàng)建一個(gè)新的bladeGen文件，進(jìn)入到三維設(shè)計(jì)的模塊。
三維設(shè)計(jì)模塊中具體操作要如何進(jìn)行？
TurboGrid網(wǎng)格劃分工具如何使用？
三維CFD分析的詳細(xì)步驟是怎樣的？
ANSYS水泵優(yōu)化流程包括哪幾步？
……
更多步驟分解和實(shí)操教程，敬請關(guān)注下期內(nèi)容
優(yōu)化技術(shù)在水泵水力設(shè)計(jì)的應(yīng)用（下篇）
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