基于直接自由曲面变形方法的液环泵壳体优化研究

摘要

液环泵因为具有构造简单、等温压缩、使用维修便利、适合应用于抽吸和压缩易燃易爆气体，被普遍应用于化工、煤矿、制药、石化、发电、饮食以及废气的回收等行业范围中。由于其广泛的使用性能，研究者们对其做了深入细致的分析研究，通过研究了解得知，对液环泵性能产生影响的结构参数有很多，如叶轮、壳体型线、吸气口的形状大小、排气口的位置形状及喷射器等，这些都可能严重影响液环泵的性能。但是这些年，国内外研究者大多只是对液环泵的内部流动数值计算以及喷射器的影响，做了大量的研究，可是就壳体型线对液环泵性能的影响，这方面的分析研究还不是很充分。因此，本文的主要工作是通过优化液环泵的壳体型线，以达到优化液环泵性能的目的。提出一种新的液环泵壳体型线的变形控制方法，结合响应面方法，进行液环泵壳体型线的优化研究。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了一种新的液环泵壳体型线的变形控制方法----基于直接自由曲面变形的液环泵壳体型线的变形控制方法，根据试验设计要求，结合直接自由曲面变形方法的数学原理，构建有效的变形函数，从而实现对壳体型线直接的、精确的参数化变形控制。⑵根据响应面分析法。在控制变量空间上，对壳体型线进行试验设计，并结合直接自由曲面变形方法进行壳体型线的变形控制。得到了液环泵壳体型线与其进口真空度和效率之间的关系，实现了对液环泵进口真空度及效率的优化。算例结果表明：壳体型线对液环泵水力性能有较大的影响，在一定范围内可实现泵效率及进口真空度提高，具有较大吸气区面积扩散比的壳体型线所对应的液环泵具有较高的进口真空度，在试验设计变量空间，泵的效率随其进口真空度的增大近似呈线性下降趋势。⑶根据提出的直接自由曲面变形控制方法，编写了基于直接自由曲面变形方法的液环泵壳体型线的变形控制计算程序，该方法可以比较理想的实现对物体的形状变形。并编写了液环泵壳体型线的响应面优化分析程序，可以快速便捷实现对液环泵壳体型线的优化。⑷对液环泵壳体优化结果表明液环泵的进口真空度在吸气区始端随着叶轮与壳体内壁间距的增大而减小，在吸气区末端随着叶轮与壳体内壁间距的增大而增大，进口真空度随着吸气区始端与末端间流道面积比值的增大而增大。效率的变化规律与之相反。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题的目的及意义

1.2国内外气液两相流研究现状

1.3 液环泵国内外研究现状

1.4本文的主要研究工作

第2章 直接自由曲面变形方法及壳体型线参数化控制

2.1自由曲面变形方法

2.2直接自由曲面变形方法

2.3基于直接自由曲面变形方法的液环泵壳体型线的变形控制

2.4液环泵壳体型线的变形控制流程

2.5本章小结

第3章 液环泵壳体的响应面优化设计

3.1响应面方法概述

3.2响应面方法对壳体型线进行优化设计

3.3液环泵壳体型线的响应面优化流程

3.4本章小结

第4章 数值计算及优化分析

4.1建立三维水力计算模型

4.2计算模型网格划分

4.3液环泵的Fluent求解设置及VOF模型

4.4响应面分析

4.5优化结果及分析

4.6本章小结

结论与展望

1.研究总结

2.研究存在的不足及展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文及科研成果