葉輪優化
關注創建者：張偉一 創建時間：2023-06-14
葉輪優化的視頻教程
Cadence Fidelity一站式葉輪機械設計與優化方案
Cadence Fidelity一站式葉輪機械設計與優化方案（免費）【已結束】 直播時間：2023-05-18 19:30 概要： 葉輪機械的優化設計需要3D造型，網格構建及性能評估等多次迭代，如何構建全自動化流程及減少人工干預，答案就在本期“Fidelity一站式葉輪機械優化設計流程介紹”。
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Cadence Fidelity 葉輪機械設計與優化系列專題-第二期
如何采用更專業的葉輪機械CFD工具建立高質量的葉片流道和蝸殼網格并建立動靜部件的關聯，進而執行高精度快速求解，答案就在本期的“基于混合網格的渦輪增壓器CFD仿真”網絡研討會。本次直播作為Cadence Fidelity 葉輪機械設計與優化系列專題的第二期，詳細介紹基于Fidelity CFD的葉輪機械模擬實現方法。
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葉輪機械CFD參數化優化設計范例教程
葉輪機械參數化優化示例 對某軸流風機的氣動性能進行優化 為了方便對葉片進行調整，建立葉輪的全參數化模型，并將葉片分為六個控制截面來調整參數變化。之后設定參數變化規律或給定算法，在優化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進行仿真計算。
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葉輪優化的實例教程
吉林省宇琦泵業有限公司
摘 要：葉輪是影響離心泵性能的主要水力零件，涉及到人們關注的泵的整體能效和運行可靠性。本文從定性的角度、結合經驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何通過優化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能，僅供參考。
關鍵詞：離心泵 葉輪 優化 吸入性能 水力性能
引言
有朋友希望我談一談離心泵葉輪的優化設計。為此，首先必須要弄清楚優化的目的：改善吸入性能？提高泵的效率？調整Q-H曲線的上升幅度……其次再根據具體需要進行優化。
影響離心泵性能的主要水力零件是葉輪，另外，還包括與其配合的蝸殼/導葉等過流零件。其實，對于離心泵葉輪的優化設計，作者在微信公眾號《泵沙龍》里不少文章中都有部分涉及，如：《全面理解汽蝕及其對離心泵的影響》、《全面理解離心泵吸入比轉速》、《葉輪幾何參數對離心泵性能的影響》等等。
流體機械屬于一門半理論、半經驗的學科，還存在很多無法準確設計/模擬/預測的地方，例如不同結構、不同溫度、不同泵送介質下無法準確地模擬出流體真實的流態及其對泵性能的影響。因此，本文只能從定性的角度、結合經驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何優化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能。僅供參考。
改善吸入性能
經常會看到來自各種專家的期刊文章，介紹汽蝕所造成損傷的類型、原因和解決方案。然而，對于普通工程師和現場操作人員來說，汽蝕現象的診斷及避免/消除并不簡單，往往很難糾正。
葉輪葉片有兩種彎曲型式：前彎曲和后彎曲。由于后彎葉片葉輪在最大化動力、賦予流體高旋轉力及防止脫流方面更有效，因此離心泵通常均采用后彎曲葉片葉輪。
對于泵本體來說，泵的汽蝕行為和吸入性能在很大程度上受葉輪入口（eye處）的幾何形狀及面積的影響。
展開 葉輪是離心壓氣機的核心部分，是主要做功部件，其模型的變化對壓氣機性能有著關鍵的影響。我們選擇了一款現有的離心壓氣機葉輪模型，采用CAESES軟件結合CFD仿真工具，對其氣動性能進行優化。該離心壓氣機主要性能參數及葉輪模型如下所示：
工作介質
空氣
流量
0.8kg/s
轉速
100000r/min
該優化案例的優化目標為在轉速和流量保持不變的情況下，盡可能地提高效率和壓比
優化流程
對離心壓氣機葉輪的性能進行優化，首先需要控制其模型進行變化。CAESES提供了一個CAD環境，能夠高效的創建參數化模型并進行變形控制，方便靈活的生成多個不同的幾何模型。基于CAESES輸出的模型，可以在CFD軟件中構建自動化網格劃分及仿真分析流程，并通過CAESES軟件進行調用，提取仿真分析得到的性能結果。最后，設置CAESES里的優化算法，根據仿真分析的結果調整葉輪模型參數，對葉輪性能進行自動優化。例如，CAESES結合CFX軟件進行優化的典型流程如下：
模型的創建及變形控制
首先在CAESES軟件中構建全參數化葉輪模型，關鍵步驟如下：
1. 首先定義葉輪子午流道型線及前尾緣位置；
2. 流道可采用樣條曲線，直線+圓弧等多種形式，可按照不同需求定義流道型線參數（此處采用直線+圓弧形式）；
3. 之后可按照θ（包角）或β（切向角）分布曲線來生成葉片中弧線；
4. 沿葉片高度方向生成多條中弧線，即可組合生成葉片中弧面；
5. 基于中弧面給定葉片厚度分布曲線，即可生成葉片表面；
6. 同樣的可生成小葉片模型，并設置大小葉片間的角度差為參數。
展開 然而，在 NUMECA軟件平臺中,具有專業的多物理場耦合 Ipcc方法、氣動噪聲分析 FINE/VNoise、葉輪參數化擬合及造型 AotuBlade、優化平臺 FINE/Design3D，使得NUMECA成為目前唯一的一體化的葉輪機械設計分析優化平臺。
其他諸如 Fluent、 Star CCM+等通用CFD求解器，也能較好的提供葉輪機械氣動仿真解決方案，相比具有具有專用模塊的CFX和 NUMECA,通用CFD求解器在葉輪機械仿真前處理、求解和后處理過程中，效率較為低下，精度和準確度相對低一些，計算開銷較大。這里需要大家腦補一下周期性計算、B2B拓撲調整、子午展開等概念。
葉輪機械設計仿真優化從業者要想在該領域內閑庭信步，并顯得毫不費力，需要深厚的理論知識、豐富的工程經驗和設計仿真軟件使用精通三個維度的加持。
工欲善其事，必先利其器，選擇幾本理論書籍、積累工程經驗、選擇一款優秀的設計仿真軟件，是我們通往葉輪機械設計仿真優化成功的必經之路。
另外，大型葉輪機械CFD微信群已建立，已有320多人參加，高效研究所企業仿真機構各路大神等你來哦，微信號見評論。
展開 離心空壓機通過葉輪的高速旋轉對工質進行做功,持續輸出壓縮空氣,離心空壓機的性能主要由其中的葉輪決定。燃料電池空壓機葉輪與傳統車用渦輪增壓器葉輪的設計需求差別較大,傳統渦輪增壓器葉輪需要較寬的流量范圍;而燃料電池所需要的離心空壓機需要較高的壓比,不需要過寬的流量范圍。
1 葉輪的設計
1.1 設計方法
高性能葉輪的葉片是復雜的三維結構,在設計時不僅要考慮到氣動性能與結構強度,還要考慮加工工藝,以便于進行側銑加工,總體設計難度較大。葉輪設計基本有兩種方式:(1)根據設計目標全新設計;(2)對現有葉輪進行設計優化。
全新設計葉輪需要根據設計目標,首先從一維設計軟件中預測基本的幾何參數,再通過三維設計軟件對性能進行優化。全新設計葉輪需要很長的時間周期,而且設計難度較大。在工程開發上多采用第二種方式,即對現有葉輪重新設計并進行優化。
文中采用第二種方式,對現有某車用渦輪增壓器葉輪進行快速設計,以達到燃料電池離心空壓機的設計目標需求。
展開 尊敬的各位老師，今天與大家分享第15期學術報告，西安交通大學宋老師等，葉輪機械優化設計與數據挖掘的研究，謝謝宋老師等人的分享！
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葉輪優化的最新內容
天洑憑借 “風扇葉輪智能優化設計” 案例，成功入選。該案例是基于天洑自主研發的優化設計軟件AIPOD實現的成功實踐，充分彰顯了公司在工業軟件領域的深厚技術積累與硬核創新能力，獲得了國家級權威機構的高度認可。
天洑將繼續專注工業人工智能與物理AI領域的研發應用，以創新技術驅動產業智能化。
設計與優化攪拌器（葉輪）</p><p> · 葉輪選型：比較不同葉型（如斜葉渦輪、 Rushton渦輪、螺旋槳式、錨式等）在特定工藝中的性能。</p><p> · 幾何參數優化：模擬不同直徑、葉片角度、寬度等參數對流動模式、剪切速率、泵送能力（排量數）和功率消耗（功率數）的影響，找到最佳幾何尺寸。
應用案例及軟件演示
??典型場景下的應用實例應用
場景一、 Krain葉輪性能智能自動優化案例
場景二、 多工況點的自動優化案例
場景三、基于氣動和結構的多學科智能自動優化案例
??軟件操作視頻演示
技術引領，創新未來
* 打造與數字加工（CAM）的無縫貫通，推動設計與制造的一體化。
選定葉片底部出口角、中間出口角、頂部出口角、中間弦長、中間安裝角、中間厚度系數、頂部間隙這七個參數作為優化自變量；葉輪功耗作為優化目標量；風扇流量作為限制量。
用AIPOD調用CAESES軟件做參數化建模，然后再調用CFD軟件做仿真計算。
最后軟件共計算了140個工況，就找到了最優設計。
風扇的軸功率降低14.14%，大于10% 的目標。
Fine Design3D 是一個多學科葉輪機械穩健設計優化工具，其獨特的 CAE 環境優化軟件融入了嵌入式設計系統、最先進的優化算法、敏感性分析、不確定性分析、多學科優化和穩健的設計優化能力。
2023年5月18日 一站式葉輪機械設計與優化方案
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葉輪機械的設計和優化對于提高機械效率、降低能耗、延長機械壽命具有重要意義。葉輪機械的優化設計需要3D造型，網格構建及性能評估等多次迭代，如何構建全自動化流程及減少人工干預，答案就在本期“Fidelity一站式葉輪機械優化設計流程介紹”。
表1 優化模型的葉片結構參數
圖10為優化后的葉輪三維模型與泵的裝配剖視圖。將優化模型與基礎模型的仿真結果進行對比可以發現，優化后模型葉輪表面的最大剪切應力為455Pa，基礎模型葉輪表面的最大剪切應力約為584.7Pa，優化后葉輪表面的最大剪切應力降低了22%。
考慮到對風機葉輪進行優化設計，因此將機殼區域簡化為軸對稱的覆蓋環面，然后采用整體旋轉的計算模式。
（2）對葉輪部輪蓋、輪盤、葉片及軸盤簡化。在數值模擬過程中，需在葉輪各個部分進行初始條件，邊界條件加載，因此為方便后續過程中加載及分析方便將輪盤及葉片進行合理建模。
（3）葉輪出口處建立壓力測量環面（Measure）。
圖13為改進前后的A型風機的風量—功率曲線以及風量—效率曲線，從圖中看出，風機的葉輪結構優化設計后，功率明顯降低，效率提高，達到了優化設計的目的，效率的提高也改善了風機的噪聲特性。從圖14也可看出，改進后的A型風機噪聲特性明顯改善，設計工況點的A聲級降低了達4.0dB，很好地保證了噪聲指標的穩定性，實現了設計目標。
經過多輪優化,新葉輪的各項性能指標均已滿足設計目標要求。
