基于CAD和CFD技术的高效叶片泵流场仿真与优化分析
基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究的开题报告
基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究的开题报告一、选题背景与研究意义叶片是压气机、风力机、汽轮机等各类旋转机械中重要的部件之一，其优化设计对提高机械的能效、降低能耗以及提升机械稳定性和寿命具有重大意义。
随着计算机技术的不断发展和CFD（Computational Fluid Dynamics）技术在工程实践中的不断应用，基于CFD流场分析的叶片优化设计方法成为了研究热点之一，但现有研究主要关注于单工况、单约束条件的叶片优化设计，难以满足工程实际中多工况、多约束条件的叶片优化需求。
因此，本研究旨在基于CFD流场分析，提出一种适用于多工况、多约束条件的叶片优化设计方法，并通过实验研究验证该方法的有效性，为工程实践中叶片优化设计提供技术支撑和理论指导。
二、研究内容与技术路线本研究主要包括以下内容：1. 建立叶片优化设计模型：基于CFD技术和叶片叶片流动场模型，建立适用于多工况、多约束条件的叶片优化设计模型，包括流线型、叶片截面形状和切口角度等设计变量。
2. 设计变量筛选与参数化：根据叶片优化设计模型，选择合适的设计变量，并进行参数化处理，以便进一步进行优化。
3. 叶片优化设计：以建立的优化模型为基础，采用NSGA-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II）算法进行多目标优化，实现多工况、多约束条件下的叶片优化设计。
4. 实验研究：将所设计的优化叶片样品制作出来，并进行实验研究，测试其气动性能和结构强度等指标，并和已有的叶片进行对比分析，验证所设计叶片的优化效果和实用性。
技术路线如下图所示：三、研究预期成果1. 提出适用于多工况、多约束条件下的叶片优化设计方法，为工程实践中叶片优化设计提供技术支撑和理论指导。
2. 建立并优化了一批具有优异气动性能和结构强度的叶片样品，并进行实验研究，验证设计方法的优化效果和实用性，为提高旋转机械的能效、降低能耗以及提升机械稳定性和寿命具有重要意义。
基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化的开题报告
基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化的开题报告1. 研究背景和意义竖轴叶轮是一种新型的风能发电设备，与传统的水平轴叶轮相比，具有结构简单、工作可靠、低风速启动等优点，适用于城市和山区的小型风力发电。
但是竖轴叶轮设计复杂，效率低下，容易受到风向和风速变化的影响。
因此，如何提高竖轴叶轮的性能，实现能量的最大化利用，成为目前研究的热点之一。
CFD方法能够利用计算流体力学模拟流体的运动和变化，可以对竖轴叶轮的性能进行模拟和优化。
2. 研究内容和方法本文拟采用CFD方法对竖轴叶轮的流场进行模拟，利用商用软件ANSYS Fluent进行数值模拟，通过对竖轴叶轮的翼型和叶片的结构进行优化，以提高竖轴叶轮的效率和能量输出。
具体研究内容和方法如下：（1）建立竖轴叶轮的三维模型，包括叶片、驱动轴等组成部分；（2）确定边界条件和物理参数，建立数值模型；（3）对竖轴叶轮的流场进行数值模拟，得到竖轴叶轮的性能参数，如功率输出、扭矩、效率等指标；（4）对竖轴叶轮的翼型进行优化，采用改变叶片的厚度、弯曲度等参数，以提高竖轴叶轮的效率；（5）对竖轴叶轮的叶片结构进行优化，采用改变叶片宽度、长度、角度等参数，以提高竖轴叶轮的效率和稳定性；（6）通过对竖轴叶轮的数值模拟和优化，得到其最佳的设计参数，提高竖轴叶轮的性能和能量输出。
3. 预期成果本研究旨在利用CFD方法对竖轴叶轮的性能进行模拟和优化，预期研究成果如下：（1）建立竖轴叶轮的三维模型和数值模型，对竖轴叶轮的流场进行了分析和研究；（2）对竖轴叶轮的翼型和叶片结构进行了优化，提高了叶轮的效率和能量输出；（3）通过对竖轴叶轮的数值模拟和优化，得到其最佳的设计参数，提高竖轴叶轮的性能和能量输出。
4. 研究难点和解决方案本文研究难点主要有两个方面：（1）竖轴叶轮的结构复杂，需要建立精细的三维模型和数值模型，同时对物理参数和边界条件进行合理确定，并进行有效的计算和分析。
解决方案：本文将采用ANSYS Fluent商用软件进行数值模拟，并利用现有的竖轴叶轮的三维模型进行建模，通过对模型的优化和分析，得到最优的设计方案。
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究摘要：本研究采用计算流体动力学（CFD）模拟方法，旨在优化轴流风机扇叶的设计以提高性能和效率。
通过数值模拟，我们系统地研究了不同扇叶参数对风机性能的影响，并提出了一种优化设计方案，以实现更高的能效和性能。
研究结果表明，通过CFD模拟可以有效地改善轴流风机的性能，并为风机工程领域的进一步发展提供有力支持。
关键词： CFD模拟；轴流风机；扇叶设计；优化；性能一、引言轴流风机作为工业和商业领域中广泛应用的关键设备，对能源效率和性能提出了不断增长的需求。
其中，扇叶作为轴流风机的核心部件，其设计和优化对整个风机系统的性能至关重要。
随着计算流体动力学（CFD）模拟方法的不断发展，研究人员可以更深入地理解风机流场，并进行更精确的性能预测和优化设计。
二、文献综述2.1 轴流风机的发展历程轴流风机作为工业领域的核心设备，其发展历程从19世纪末至今经历了令人瞩目的进步。
早期，轴流风机的设计主要依赖于经验和试验，限制了其性能和效率。
然而，随着科学和工程技术的进步，数学模型、实验室测试和计算流体力学等新方法的应用使轴流风机的设计变得更精确和可预测。
这些技术创新促使了风机的能效提升、噪音降低和寿命延长，从而为各行业带来了更高水平的气流控制和空气处理能力。
2.2 扇叶设计的重要性扇叶作为轴流风机的核心组成部分，其设计对风机性能至关重要。
扇叶的几何形状、叶片数目、叶片角度等参数直接影响风机的效率、噪音产生、能耗和寿命。
一个优化的扇叶设计可以显著提高风机的能效，降低运行成本，减少环境影响。
所以，深入研究和优化扇叶设计是提高轴流风机性能的关键步骤。
近年来，计算流体动力学（CFD）模拟技术的不断发展已经引领了轴流风机研究的新时代。
这一技术的崭新应用为风机工程领域带来了深刻的影响。
通过CFD，研究人员能够以前所未有的准确性模拟轴流风机内部复杂流动现象，如湍流、涡流和分离现象。
这种全面的流场信息为风机性能的深入理解提供了强大工具，并且为设计和优化提供了坚实基础。
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟与性能预测
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ
随着计算流体动力学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）技术的迅速发展，数值模拟技术已 成为研究流体机械内部流体运动规律、预测流体机 械性能的一种重要手段¨一］。离心泵复杂的流道形 状、高速旋转、流体粘性以及动静部件间的相互作 用等决定了其内部流体流动实际上是一个三维的、 粘性的、非定常的极其复杂的流动方式，有的甚至 还是固液或气液等多相流动【３］，正因为如此，采用 传统的速度系数法和相似换算法设计和开发的离
图２叶轮中心回转面绝对速度分布
ｐ盱 Ｆｉｇ．２ Ｃｅｎｔｅｒ ｒｏｔａｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｖｅＩｏｃｉｔｙ
ｆｉｌ髑ｏｆ邮ｍｐ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
４．３内部流场总压力分布
如图４所示为离心泵叶轮回转中心面总压力
Ｆｉｇ．４
图４ 叶轮中心回转面总压力分布 Ｃｅｎｔｅｒ ｒｏｔａｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ｐｕｍｐ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
ＸＩＥ Ｊｉｅ－ｆｅｉ，ＬＩ Ｘｉａｎｇ—ｇｕｉ，ＹＡＮＧ Ｈｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
４．２内部流场速度分布
离心泵叶轮中心回转面绝对速度与相对速度 分布分别如图２与图３所示，叶轮内部和涡壳附近 流场分布比较理想，没有出现大的流动分离和冲击 现象，速度由叶片进口至叶片出口不断升高，由叶 轮至涡壳速度逐渐降低，同时顺着涡壳导流方向流 体速度不断升高，至泵出口区域流速才慢慢降低， 这与蜗壳的设计方法相符合，靠近蜗壳外壁处已经 出现了回流，这与实际情况相符，表明离心泵在设 计工况下的运行状态良好。
基于cfd的汽车发动机水泵叶轮优化设计
基于cfd的汽车发动机水泵叶轮优化设计
1 汽车发动机水泵叶轮优化设计
汽车发动机水泵是汽车发动机的重要部件，它的设计会直接影响
到汽车的性能、可靠性和使用寿命。
因此，加强对汽车发动机水泵叶
轮的优化设计，是汽车发动机性能改进和提升的关键。
目前，采用计算流体动力学（CFD）技术来优化汽车发动机水泵叶轮，是一种高效的方法。
CFD技术可以用来模拟外部流动场和模拟叶轮内部流动场，并通过计算来获得流动场中叶栅形式、管道形式和软管
弯曲处形式等特性。
根据CFD技术模拟的结果，可以对汽车发动机水泵叶轮进行全面
系统优化，从而达到最大化流动效率，使性能最优化。
此外，CFD模拟还可以提供流量分布和气动压力的分析，实现叶轮的结构加工和优化，最终达到节省能源的目的。
最后，通过计算流体动力学（CFD）模拟技术，可以有效优化汽车
发动机水泵叶轮性能，达到最优化效果。
完善流体动力学技术，促进
汽车发动机叶轮设计优化，将为汽车发动机的发展提供支持。
叶片泵叶轮流场仿真与参数优化分析
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ａ Ｖａ ｎ ｅ Ｐ ｕ ｍｐ Ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ
Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
直径 、 进 出 口安放 角。 利 用这 种 方 法 能够 达 到提 高叶 片泵 的效 率 、 降低 叶 片空蚀 影 响 的 目的 。
关键词 ： 叶片泵； 叶片 ； 三维模型 ； Ｆ Ｌ ＵＥ Ｎ Ｔ ； 湍流流场 ； ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ １ ６ ； Ｔ Ｈ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ５ ５ — ０ ４
第 ４期
２ ０ １ ７年 ４月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ５ ５
叶片泵叶轮 流场仿真与参数优 化分析
马希青 ， 陈明辉 。 ， 孙 旋
如何通过CAD进行流体分析与优化设计
如何通过CAD进行流体分析与优化设计流体力学分析在工程设计中起着重要的作用，可以帮助工程师预测和改进流体的运动和性能。
而CAD软件提供了一种强大的工具，可以帮助我们进行流体分析与优化设计。
本文将介绍如何使用CAD软件进行流体分析与优化设计。
首先，选择合适的CAD软件。
CAD软件有很多种类，如SolidWorks、AutoCAD等。
每种软件都有其特点和优势，我们可以根据具体需求选择适合自己的软件。
其次，创建流体模型。
在CAD软件中，我们可以使用各种工具和功能来创建流体模型。
首先，我们需要绘制流体流动区域的几何形状。
可以使用线条、曲线、圆弧等工具来创建几何形状。
然后，我们可以使用填充和边界条件等功能来定义流体的性质和边界条件。
接下来，设置流体参数。
在CAD软件中，我们可以设置流体的性质，如密度、黏度、温度等。
同时，我们还可以设置流体的初始状态和边界条件。
这些参数设置将对流体分析的结果产生重要影响，因此要根据具体需求进行合理的设置。
然后，进行流体分析。
CAD软件通常提供了不同的流体分析工具，如流线分析、速度分析、压力分析等。
我们可以根据具体需求选择合适的分析工具进行分析。
在进行分析前，要确保流体模型的几何形状和流体参数设置正确无误。
进行流体分析时，CAD软件会根据流体模型和参数设置，计算出流体的运动状态和性能，如流速分布、压力分布、力矩等。
通过分析结果，我们可以获得对流体流动特性的深入了解，发现问题和改进方向。
最后，进行优化设计。
根据流体分析的结果，我们可以对流体模型进行优化设计。
优化设计的目标可以是减小流体的能耗、提高流体的流动效率等。
CAD软件提供了各种优化设计工具，如参数化设计、拓扑优化等。
我们可以根据具体需求选择合适的工具进行优化设计。
通过CAD软件进行流体分析与优化设计，可以帮助工程师更好地理解和改进流体流动。
而选择合适的CAD软件、正确设置流体参数、进行准确的流体分析以及针对性的优化设计，都是实现最终目标的关键。
基于CFD技术的离心泵出口流态模拟及分析
基于CFD技术的离心泵出口流态模拟及分析韩娜【摘要】以应用较为广泛且低转速比的离心泵作为研究对象,在当前流体力学发展的理论基础之上,根据离心泵的工作流态特征,给出离心泵内部流体与构件间的数学模型,对泵体的工作状态进行模拟分析.同时,通过建立离心泵的三维实体造型,并将其与相适应的 CFD 技术相衔接,进而通过对离心泵过流关键部件网格划分与优化处理,选取合适的湍流模型,进行泵体的出口流态更接近实际的数值模拟,有利于观察泵内出入口的流场、压力等参数的变化情况.该研究对于深入理解其内部流动的机理,改进离心泵的结构组成、叶轮性能及参数优化有一定参考价值,从而达到最终提高泵的水力效能目标,是一种值得推广的分析方法.%Taken the centrifugal pump which is widely used and has a low speed ratio as the study objection,and accord-ing to the working flow characteristics of the centrifugal pump,the mathematical model between the internal fluid and the centrifugal pump components is given on the basis of the theoretical principle of the current fluid mechanics development. Simulation analysis is carried out on the working condition of the centrifugal pump;the 3D solid modeling of the centrifu-gal pump is established and connected with the corresponding CFD technology, then through the key flow components of centrifugal pump meshing and optimization,and selecting the appropriate turbulence model,the outlet flow pattern of the pump body is numerically simulated which is closer to the reality. It is beneficial to observe the flow field, pressure and other parameters of the inlet and outlet of the pump,and summarize the related work characteristics,the research would be providesome reference value for us to further understand the mechanism of the internal fluid,improve the centrifugal pump structure, impeller performance and the parameter optimization, then achieve the goal of improving the hydraulic efficiency of the pump, which is a worth popularizing analysis method.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)009【总页数】5页(P34-38)【关键词】离心泵;流态特征;湍流模型;数值模拟;叶轮性能【作者】韩娜【作者单位】平顶山工业职业技术学院,河南平顶山 467000【正文语种】中文【中图分类】S275;TH3110 引言在我国，离心泵作为一种通用的工农业提取、转移流体主体机械，被广泛应用于各个领域；加之流体力学近年来不断渗入到流体机械的模拟研究工作当中，对离心泵内部的流场机理详细了解与深入掌握成为业内学者的一个重要研究方向。