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因此，在離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，離不開CFD的支持。通常，先設(shè)計(jì)出幾種不同的水力方案；接著利用CFD進(jìn)行模擬分析；最后根據(jù)分析結(jié)果選出一種最符合設(shè)計(jì)要求的方案。 利用CFD進(jìn)行模擬分析是一種有效的設(shè)計(jì)和估算水力設(shè)計(jì)的方法，可以減少時(shí)間、降低成本、提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。它可以在很大的范圍內(nèi)減少誤差，并提供可供選擇的解決方案。

葉輪設(shè)計(jì)基本有兩種方式:(1)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)全新設(shè)計(jì);(2)對(duì)現(xiàn)有葉輪進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。 全新設(shè)計(jì)葉輪需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),首先從一維設(shè)計(jì)軟件中預(yù)測(cè)基本的幾何參數(shù),再通過三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化。全新設(shè)計(jì)葉輪需要很長(zhǎng)的時(shí)間周期,而且設(shè)計(jì)難度較大。在工程開發(fā)上多采用第二種方式,即對(duì)現(xiàn)有葉輪重新設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化。

采用元模型和貝葉斯推斷等技術(shù)方法進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中，元模型基于拉丁超立方抽樣法（LHS）數(shù)據(jù)庫(kù)，通過高斯過程回歸（GPR）構(gòu)建。研究工作最終改善了高流速工況下的空化問題，優(yōu)化方案在設(shè)計(jì)點(diǎn)處揚(yáng)程提高了25%，在操作范圍的其他工況點(diǎn)處提升更高。

天洑憑借 “風(fēng)扇葉輪智能優(yōu)化設(shè)計(jì)” 案例，成功入選。該案例是基于天洑自主研發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件AIPOD實(shí)現(xiàn)的成功實(shí)踐，充分彰顯了公司在工業(yè)軟件領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累與硬核創(chuàng)新能力，獲得了國(guó)家級(jí)權(quán)威機(jī)構(gòu)的高度認(rèn)可。 天洑將繼續(xù)專注工業(yè)人工智能與物理AI領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)用，以創(chuàng)新技術(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)智能化。

如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數(shù)和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數(shù)設(shè)置為變量，然后像其他數(shù)值參數(shù)一樣進(jìn)行優(yōu)化。然而，模型玻璃方法存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設(shè)計(jì)方案之后，必須將模型玻璃轉(zhuǎn)換為真實(shí)的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來(lái)重新優(yōu)化該設(shè)計(jì)。遺憾的是，對(duì)于許多系統(tǒng)，新優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案的性能可能比模型玻璃方法的設(shè)計(jì)方案的性能要差。

計(jì)算機(jī)輔助求解技術(shù)（Computer Aided Engineering, CAE）能夠縮短設(shè)計(jì)周期，減小設(shè)計(jì)成本，在電磁鐵的參數(shù)優(yōu)化方面最常用的方法是有限元法和基于Matlab語(yǔ)言的Simulink建模方法。

如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數(shù)和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數(shù)設(shè)置為變量，然后像其他數(shù)值參數(shù)一樣進(jìn)行優(yōu)化。然而，模型玻璃方法存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設(shè)計(jì)方案之后，必須將模型玻璃轉(zhuǎn)換為真實(shí)的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來(lái)重新優(yōu)化該設(shè)計(jì)。遺憾的是，對(duì)于許多系統(tǒng)，新優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案的性能可能比模型玻璃方法的設(shè)計(jì)方案的性能要差。

在基于NEDC 工況平均效率基本不變的情況下，電機(jī)成本下降約20%左右，為以后實(shí)際工作中的動(dòng)力總成成本的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)方法。圖8 方案三電機(jī)效率MAP 圖分布針對(duì)整車工況和參數(shù)要求，根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí)，利用MATLAB程序，編制了一個(gè)流程化的小軟件（圖9），能夠快速計(jì)算整車工況的能耗分布和平均效率，指導(dǎo)我們進(jìn)行動(dòng)力總成的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖13為改進(jìn)前后的A型風(fēng)機(jī)的風(fēng)量—功率曲線以及風(fēng)量—效率曲線，從圖中看出，風(fēng)機(jī)的葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，功率明顯降低，效率提高，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，效率的提高也改善了風(fēng)機(jī)的噪聲特性。從圖14也可看出，改進(jìn)后的A型風(fēng)機(jī)噪聲特性明顯改善，設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的A聲級(jí)降低了達(dá)4.0dB，很好地保證了噪聲指標(biāo)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

為了設(shè)計(jì)出高性能的通風(fēng)機(jī)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已滿足不了需要，必須采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法。這就要求設(shè)計(jì)者必須詳細(xì)掌握流體機(jī)械性能和內(nèi)部流動(dòng)狀況，從而給流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)理論和試驗(yàn)研究提出了新的課題。

圖3：為該離心泵模擬導(dǎo)入了三個(gè)獨(dú)立的幾何模型：泵殼體、葉輪和旋轉(zhuǎn)區(qū)。 在該案例中，幾何模型作為三個(gè)實(shí)體導(dǎo)入；葉輪的體積、旋轉(zhuǎn)區(qū)域的體積，以及流體的流動(dòng)體積。可以認(rèn)為最具挑戰(zhàn)性的部分是葉輪本身，因?yàn)樗遣粩嘈D(zhuǎn)的。為此，考慮了旋轉(zhuǎn)區(qū)的附加體積，并應(yīng)用了多參考系方法（MRF）。 MRF方法是一種簡(jiǎn)單且計(jì)算要求較少的方法，可以在不旋轉(zhuǎn)幾何體的情況下分析旋轉(zhuǎn)元件的行為。

通過模態(tài)分析，可以得到葉輪的固有頻率和振型，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化，避免了葉輪的固有頻率和激振力頻率相同或相近，從而避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，保證離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，提高葉輪的使用壽命。 　　避免共振的第一步是要在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確的知道葉輪的固有頻率和振型，根據(jù)振型和激振力的形式對(duì)葉輪的振動(dòng)特性進(jìn)行優(yōu)化。

下面對(duì)ANSYS軟件水泵水力設(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 1、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(duì)葉片進(jìn)行繪制，葉片繪型方法為方格網(wǎng)保角變換法。

周期性顯示后處理 當(dāng)完成所有的求解工作后，通過Fluent的后處理功能可以進(jìn)一步對(duì)完整流場(chǎng)進(jìn)行顯示，如下圖所示，在View中對(duì)周期顯示區(qū)域進(jìn)行設(shè)置，最終將可視化結(jié)果還原為整個(gè)葉輪，使結(jié)果顯示更加直觀清晰。 如何正確的應(yīng)用Fluent進(jìn)行葉輪機(jī)械的CFD性能評(píng)估，并通過設(shè)計(jì)優(yōu)化方法完成葉輪機(jī)械流體性能的提高。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，北京，北京航空航天大學(xué)出版社 [3]趙勇.

對(duì)于葉輪機(jī)械而言，流體性能的好壞至關(guān)重要，傳統(tǒng)的葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，同時(shí)費(fèi)用高，而通過應(yīng)用CFD技術(shù)，則可以大大降低設(shè)計(jì)周期和成本，并能夠準(zhǔn)確給出設(shè)備的整體流動(dòng)性能和局部流動(dòng)細(xì)節(jié)，預(yù)知可能的問題并提前進(jìn)行優(yōu)化。

合理的設(shè)計(jì)可以有效提高缸內(nèi)油氣混合均勻性，改善燃燒質(zhì)量，減少燃油消耗，降低污染物排放，而這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)化，已經(jīng)超出了傳統(tǒng)氣流運(yùn)動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法所能實(shí)現(xiàn)的限度，CFD 工具的應(yīng)用可以說(shuō)勢(shì)在必行。