博客分享｜探索高效低汽蚀泵诱导轮的优化之道

在固定诱导轮前端尺寸（包括前端入口轮毂尺寸和整个诱导轮外径尺寸）及入口体积流量的前提下，通过任意改变叶片角度、轮毂轮廓和诱导轮长度，运行三维CFD优化程序来找到效率最高的诱导轮外形方案，并同时尝试使得诱导轮扬程也达到最大。

该问题共使用了16个输入参数，设定了9个约束条件，并致力于实现两个关键求解目标：扬程和诱导轮效率的优化。

图1. 诱导轮优化过程中的几何控制

为了运行优化，我们使用了AxCent®、TurboOPTll™和一个第三方优化器在多台计算机上执行并行优化。

为了获得Pareto前沿的两个分支，在效率和扬程之间进行权衡时，我们需要针对扬程范围对效率的影响进行两次优化（一次是向低扬程范围优化探索，一次是向高扬程范围探索）。

下图中总结了大约2400次几何迭代：

图2. 优化结果

 

 

 

 

 

 

 

 

 

优化结果产生了两种不同的几何。一种是在高扬程区域中主要由叶片载荷的影响得到的；另一种是在低扬程区域中主要由空化性能要求的稠度得到的。

对于低扬程区域的优化结果，可以看到：受限于空化性能要求的最小稠度，优化过程中诱导轮的轴向长度无明显变化，且随着其扬程的降低，其效率也有降低的趋势。

对于较高扬程区域的优化结果，可以看到：随着扬程的增加，诱导轮轴向长度大幅增加。而考虑到叶片长度增加后叶尖间隙效应的影响，因此诱导轮又需要保持较高的稠度。

 

在上面这个针对带诱导轮的泵的优化的例子中，我们可以看到根据设计者不同的权衡考量，有许多选择。设计师需要根据效率、扬程、空化等因素来决定哪种方法最适合他们的应用。

通过使用现有的最佳工具（例如我公司自主研发的Pumpal®、AxCent®和 TurboOPTll™），设计工程师可以根据要求的设计点和非设计点性能、空化性能结合推力和结构计算来创建最佳的带诱导轮的泵的三维模型。通过为单个或多个操作点提供多目标优化，这些工具不仅可以为客户节约大量时间，还有助于客户获得最优方案。