现代设计方法在水泵设计中的应用
节水节能技术在高层建筑给排水设计中的应用_1
节水节能技术在高层建筑给排水设计中的应用发布时间：2022-09-04T02:08:38.282Z 来源：《建筑创作》2022年第3期作者：袁新[导读] 由于现代化建设的持续发展，工厂生产对于水资源的需求也在激增袁新宜昌浦华三峡市政工程有限公司，湖北宜昌 443000摘要：由于现代化建设的持续发展，工厂生产对于水资源的需求也在激增。
在这一背景下，对于给排水系统的规划要求也在不断改变，所以在完善厂区的基础设施时，相关设计人员应当对给排水系统进行优化，最大限度提升工业给排水系统的水资源利用率。
关键词：节水节能技术；高层建筑给排水设计；应用0引言随着水资源短缺情况的日益加剧，在建筑物施工过程中，做好排水、节能工作成为了工程建设的重难点。
对排水系统进行合理设计是建筑物建造的关键环节，建筑物的排水系统在排水与节能方面的优劣更是建造质量与档次的具体体现。
但是，就国内建筑工程在给排水节能方面的设计现状来说，仍然存在不足之处，因而加强节能技术在建筑工程给排水设计中的应用是非常关键的。
1节水技术在给排水设计中的应用1.1优化热水供应系统系统目前我国使用的热水供应系统大多都会出现水资源浪费现象，其根本原因在于：当业主需要使用热水时，需要一定的时间对水进行加热，这一过程中不可避免造成冷水的排放。
针对这一情况，需要对热水供应系统进行优化，增设回水管，将不符合要求的冷水进行回收再利用。
循环方式需要根据建筑和热水供应系统来进行选择，目前较为常见的为支管循环、干管循环和立管循环。
1.2配置相应的减压装置为了避免超压流水现象的发生，减少水资源的浪费，在进行给排水系统设计时，需要配备相应的减压装置，通过调节不同楼层水压的方式，降低低层用户的用水水压。
目前常用的装置有减压孔板、减压阀、节流塞等，其中减压阀的效果最好，能够满足不同情况下的减压要求，使用范围较广。
减压孔板主要应用在动减压需求中，容易被上游的压力影响，导致减压效果波动，造成水压不稳，且如果水质较差，孔板可能会被杂质堵塞，局限性较大，适用范围窄。
机械设计在水利工程中的应用与发展
机械设计在水利工程中的应用与发展随着社会的不断发展，水利工程在现代社会中扮演着举足轻重的角色。
而机械设计作为一门重要的工程学科，在水利工程中也发挥了不可替代的作用。
本文将探讨机械设计在水利工程中的应用与发展。
一、水力发电机组的设计水力发电机组是水利工程的重要组成部分，而机械设计在水力发电机组的设计中起着至关重要的作用。
机械设计师需要考虑水轮机的型号、叶片的形状、发电机的结构等方面，以确保机组的性能和效率。
此外，还需要考虑到水利厂的投资成本、运行成本以及环保要求等因素，使得机械设计在水力发电机组中具有较高的挑战性。
二、水泵站的设计水泵站是水利工程中用来提供、输送水资源的重要设施。
机械设计在水泵站的设计中扮演着核心角色。
机械设计师需要根据水泵站的运行要求和输送水源的特性，选择合适的水泵类型、设计泵房和管道结构，以确保水泵站的稳定运行和输水效率。
此外，还需要考虑到耐久性、安全性和可维护性等方面，使得机械设计在水泵站中具有极高的重要性。
三、泄洪设施的设计泄洪设施是水利工程中用来调节河流水位、防止水患和护堤的重要构筑物。
机械设计在泄洪设施的设计中扮演着关键角色。
机械设计师需要考虑到泄洪设施的结构强度、导流能力、运行可靠性等方面，以确保泄洪设施的使用安全和效果。
在设计过程中，机械设计师还需要综合考虑河流水文特征、设计洪水、地质条件等因素，使得泄洪设施能够满足实际需求。
四、闸门的设计闸门是水利工程中用来控制水位、分割水体、引导水流的关键设备。
机械设计在闸门的设计中起着至关重要的作用。
机械设计师需要综合考虑水利工程的特点和使用要求，选择合适的闸门类型、设计闸室和闸门结构。
此外，还需要考虑到闸门的密封性、耐久性和操作可靠性等方面，以确保闸门的正常运行和安全性。
综上所述，机械设计在水利工程中扮演着不可替代的角色，涵盖了水力发电机组、水泵站、泄洪设施和闸门等多个方面。
随着科学技术的进步，机械设计在水利工程中的应用也在不断发展。
现代的设计方法的案例
设计目录
机构选型解法目录
2.作用原理的组合（形态矩阵法）
（1）相容性：分功能必须相容，否则不予组合。 （2）优先选用分功能较佳的解。 （3）剔除不满足设计要求和约束条件的解或不满意解。
设计实例——废水泵设计
1.明确设计任务 （1）需求分析与调研
河道污染已成为严重的公害，因此有必要将工厂、家庭 的污水引到集水池，再由废水泵送给净化装置。根据市 场分析，需要下列范围工作的泵： 流量：10~70L/s 压力升高：0.5~0.25MPa 市场需求：600台/年 另外：防止堵塞、可靠性高、噪音小、避免气味扩散。
区间缩短
多维无约束优化方法
• 鲍威尔法 • 最速下降法 • 共轭梯度法 • 牛顿法 • 变尺度法
最速下降法
函数的方向导数：
梯度：函数变化率最大的方向
迭代公式：
迭代方向： 迭代步长：一维优化 收敛：
牛顿法
• Ф(X)存在极值的条件：
• 迭代公式：
• 搜索方向： • 步长：1 • 收敛：
• 单通道离心泵
涡流泵
射流泵
4.其它功能分解 5.组合功能分解，实现总动能
优化设计
优化设计：
借助最优化数值计算方法和计算机技术求取工程问题的最 优设计方案。
① 建立数学模型
② 采用适当的最优化方法求解数学模型。
机械优化设计：
在给定的载荷或环境条件下，在机械产品的形态、几何尺 寸关系或其它因素的限制（约束）范围内，以机械系统的性 能和经济型等为优化对象，选取设计变量，建立目标函数和 约束条件，并使目标函数获得最优值的一种现代设计方法。
阻尼牛顿法
多维约束优化方法
全局最优解和局部最优解
多维有约束非线性优化方法
变频恒压供水系统的研究开发及应用
变频恒压供水系统的研究开发及应用一、本文概述随着社会的快速发展和城市化进程的加快，供水系统的稳定运行对于满足人们日常生活和工业生产的需求至关重要。
变频恒压供水系统作为一种先进的供水技术，以其高效、节能、稳定等优点，逐渐成为供水系统升级改造的首选方案。
本文旨在全面探讨变频恒压供水系统的研究开发历程、技术原理、系统构成及其在实际应用中的表现，以期为供水行业的技术进步和可持续发展提供有益的参考。
本文将对变频恒压供水系统的基本概念进行阐述，明确其技术特点和优势。
接着，将详细介绍该系统的研究开发过程，包括关键技术的突破、系统优化等方面的内容。
在此基础上，文章将深入剖析变频恒压供水系统的技术原理和系统构成，包括变频器的工作原理、恒压控制策略、系统硬件和软件设计等。
本文将通过实际案例分析，探讨变频恒压供水系统在供水工程中的应用情况，包括系统的运行效果、节能效果、稳定性等方面的评估。
通过对比分析，展示变频恒压供水系统在提高供水质量、降低能耗、减少维护成本等方面的显著优势。
本文将对变频恒压供水系统的发展前景进行展望，分析其在未来供水行业中的潜在应用价值和挑战。
同时，提出针对性的建议和措施，以期推动变频恒压供水系统的进一步发展和普及，为供水行业的可持续发展做出更大的贡献。
二、变频恒压供水系统的基本原理和技术特点变频恒压供水系统是一种集变频调速技术、PLC控制技术、PID 调节技术及远程监控技术于一体的现代化供水系统。
其设计目的是为了满足不同用水场合对水压和水量的需求，同时实现能源的高效利用和供水质量的稳定。
本节将详细介绍变频恒压供水系统的基本原理和技术特点。
变频恒压供水系统的工作原理基于流体力学中的泵与管路的特性。
系统主要由水泵、变频器、压力传感器、PLC控制器等组成。
其核心是利用变频器调节水泵电机的转速，从而改变水泵的出水流量和压力，以适应用水量的变化。
当用水量增加，系统检测到压力下降时，压力传感器将信号反馈给PLC控制器。
高效节能电机技术在水处理系统中的应用
高效节能电机技术在水处理系统中的应用水处理系统是现代社会中必不可少的基础设施之一，它对于保障水资源的可持续利用和环境的清洁与健康意义重大。
然而，传统水处理系统中存在着电能浪费和效率低下的问题。
为了提高水处理系统的能效和减少对环境的影响，高效节能电机技术被广泛应用于水处理系统中。
高效节能电机技术是指采用先进的电机设计和控制技术，以减少能量损耗和提高能源利用效率为目标的电机系统。
在传统水处理系统中，水泵是最主要的能耗设备之一，其功耗约占整个水处理系统的60%。
因此，采用高效节能电机技术来改进水泵系统的能效是非常重要的。
首先，采用高效电机可以显著降低水泵系统的能耗。
高效电机与传统电机相比，在设计和材料上进行了优化，减小了电机内部的能量损耗。
通常情况下，高效电机的效率可达到90%以上，而传统电机的效率仅为80%左右。
这意味着同样的输入功率下，高效电机可以输出更大的功率，从而提高水泵的运行效率，减少能源消耗。
其次，采用变频调速控制技术可以进一步提高水泵系统的效率。
变频调速控制技术是指通过调整电机转速来匹配水泵的工作要求，以避免过剩能量的浪费。
传统的水泵系统通常采用定频控制，即电机以固定的转速运行。
然而，在实际运行中，水泵的工况往往是变化的，这导致传统水泵系统存在大量的节流损失。
而采用变频调速控制技术后，可以根据实际需要调整电机的转速，使得水泵始终在最佳工况下运行，降低能耗。
此外，采用智能控制系统可以进一步提高水处理系统的能效。
智能控制系统可以对水处理系统的运行状况进行实时监测和分析，根据实际需求调整水泵的工作状态。
通过对水处理系统的全面监控和优化，智能控制系统可以实现最佳能效运行，减少能源的浪费。
例如，可以根据不同的用水需求对水泵进行调整，避免过剩供水，降低能源消耗。
最后，高效节能电机技术的应用还可以减少水处理系统对环境的影响。
传统水泵系统中，由于电机效率的低下和能耗的过大，会导致大量的二氧化碳和废热排放。
农田水利设施的创新设计
农田水利设施的创新设计引言：农田水利设施是农业生产中至关重要的一环，它直接关系到农田的灌溉和排水，决定了农田的产量和质量。
随着科技的发展和农业生产方式的转型，传统的农田水利设计已经不再适应现代农业的需求。
因此，创新设计农田水利设施对于提高农田的水资源利用效率和农作物产量，实现可持续发展具有重要意义。
本文将从物理定律出发，探讨农田水利设施的创新设计以及其应用和专业性角度。
一、物理定律在农田水利设施的创新设计中的应用1. 流体力学：农田灌溉系统中，流体力学定律起着重要作用。
根据伯努利定理，流体速度的增加会伴随着压力的降低。
在灌溉设计中，我们可以利用这一定律来设计喷灌头，通过增加水流速度来减小水压，从而实现水的远程输送和均匀喷洒。
2. 热力学：农田水利设施的设计中常常需要考虑能源的利用和转换。
根据热力学第一定律，能量守恒。
在农田水利设施的设计中，可以通过利用水的动能，将水流的动能转化为电能来供给农田灌溉系统中的各种机械设备。
同时，根据热力学第二定律，热量不会自发地从低温物体转向高温物体，因此在系统设计中需要合理利用农田水利设施中的能量，减少能量的流失。
3. 电磁学：现代农田水利设施中广泛应用了电磁学原理。
例如，电磁感应定律被应用于电磁流量计中，通过测量流经管道的水流与磁场的相互作用来计算流量。
另外，电磁波传输原理也常用于农田水利设施的远程控制和监测。
通过使用电磁波，可以实现对农田灌溉系统的远程监控和调控，提高灌溉的效率和准确性。
二、农田水利设施的创新设计及其应用1. 精准灌溉系统：根据农作物的生长需求，结合流体力学和电磁学原理，可以设计出精准灌溉系统。
该系统通过无线传感器网络收集农田地下土壤水分、温度和肥料含量等信息，结合预测模型，精确计算出农作物所需的水分和养分，并通过控制活门、增加水流速率等方式实现精准供水，提高农作物的生长效率和产量。
2. 智能排水系统：通过应用电磁学和流体力学原理，可以设计出能智能控制地下排水系统的农田水利设施。
国家水泵及系统工程技术研究中心
国家水泵及系统工程技术研究中心开放基金管理办法（试行）本着“开放、流动、联合、竞争”的原则，结合本中心的研究方向：流体机械（泵）、化工过程机械特性及现代设计方法的研究，流体机械内部流场计算及现代测试技术的研究，新型节水节能灌溉技术及设备的研究，人造心脏泵的研究及应用，泵站工程及其自动控制技术的研究，南水北调等大型水利工程用泵水力模型及特性研究等，中心将设立开放基金，优先资助意义重大、学术思想新颖、属于学科发展前沿或优先发展领域，能积极推动相关领域产业技术成果转化，以及与本中心研究方向有关的基础性或应用性研究。
一、资助的研究领域：1. 流体机械内部不稳定流动机理研究；2. 流体机械系统及节能技术研究；3. 面向国家战略需求和重大工程中的新型流体机械装备与应用技术研究；4. 流体机械中的物联网、测试技术、智能控制技术研究；5. 水泵产业的战略研究。
二、申请及审批程序（一）申请者必须具有讲师以上职称的研究人员、在读博士生、博士后或者相应水平的研究人员。
（二）申请人可以在“江苏大学流体机械工程技术研究中心”网站，下载《工程中心开放课题申请表》，并按规定的格式，认真、如实填写《工程中心开放课题申请表》。
申请人所在单位学术主管部门应签署意见，单位领导在申请书上签字并加盖单位公章。
（三）所有申请均须报送电子申请书和纸质申请书原件（一式五份），电子申请书和纸质申请书的内容必须一致。
难以电子化的附件材料随纸质申请书一并报送。
所有书面文件请采用A4纸打印和普通纸质材料做封面；不采用胶圈和文件夹等带有突出棱边的装订方式。
（四）评审将按照“公平公正、择优支持”的原则，由中心技术委员会对申请者提交的申请书进行评审，确定资助项目和金额，并书面通知获得资助的申请人。
在技术委员会闭会期间，对于某些具有明显创新思路的课题申请，可由中心主任约请3-5名评审专家进行书面评审，并将评审结果通报全体技术委员会委员。
（五）每年度开放课题的截止日期见当年详细通知。
流体机械现代设计方法-华中科技大学研究生院
1984年中国矿业大学机械设计学士学位；1993年西安科技大学机械工程工学硕士学位1999年获西北工业大学“航空宇航推进理论及工程”工学博士学位；2000.4~2002.5华中科技大学热能与动力工程博士后流动站，美的集团企业博士后科研工作站从事“空调风机内流特性”的课题研究，课题主要针对开式空调风机系统的噪声开展研究，获广东省科技进步和顺德科技进步奖和美的集团的重大奖励；2002.5完成第一站课题研究；2002.10~2004.9，进入本校流动站，东方电机企业工作站承担第二站博士后课题“水轮机尾水管压力脉动的全三维数值预测”研究，达到了国内领先和国际先进水平。2002.4~今，现任华中科技大学能源与动力工程学院流体机械及工程系系主任,从事本专业的本科、研究生的教学与科研工作。
（5）流体机械设计水平及科研动态（4学时）
3、教学方式方面：
（1）课堂讲授24学时
（2）课堂研讨与分析计算交流8学时
4、教材方面：
（1）近年来三元流动基础与设计动态方法的基础上，综合最新文献资料形成专业讲义；
（2）软件BLADEGEN使用说明与过程分析参考
5、其它：
4新能源领域相关流体机械新产品的开发(低压风机基础上-高压透平领域\微型化)风能利用技术及新型风力机开发
完成的主要科研项目有：1.空调风机内流特性研究:(1).弯掠轴流风机应用;(2).研究平台建设(CFD/CAE/PIV) 2.水轮机尾水管压力脉动全三维数值仿真及机理研究(DFEM)；3.矿用对旋轴流风机设计技术研究；4.自流冷却系统流动特性计算；5.带小翼风力机气动稳定性研究; 6.空调室外机（120）风道系统现代设计方法研究(美的); 7.三峡电站2-6F启动及2F/6F相对效率研究;8.叶轮机械内二次流动的机理研究;9.燃料电池用微型压缩机的研究；10.150万吨制盐系统配套设备节能优化研究11.空调风机设计技术研究；12.烤烟用高温风机系列化及国家规范标准制定。
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浅谈现代设计方法在水泵设计中的应用
[摘要]水泵的使用在人们的生活和工业生产中很广泛，本文结合水泵的设计，介绍了现代设计技术在水泵设计中的应用。
还介绍了目前水泵设计存在的一些问题以及现代设计方法的主要内容，阐述了现代设计方法在水泵设计中的应用情况，为水泵设计提供技术支持。
[关键词]水泵现代设计方法应用
中图分类号：th38 文献标识码：th 文章编号：1009―914x（2013）22―0532―01
水泵是诸多常用机械的一种，在我们人类的生活和工业生产中应用非常广泛。
在计算机出现以前，对水泵的设计是凭借工作人员的直觉和经验，，采用模型来做简陋的小规模试验，进行多次修证的方法进行的。
在这样的设计中存在很多的缺陷：模式的局限性、盲目性；开发周期长、效率低；得到理想的设计方案比较难。
在科技发展的今天，人们对水泵的质量、性价比和耐久性等要求越来越高。
所以设计者必须对设计中的各种因素认真分析，从中择取最理想的设计方案。
以前的设计方法不能满足现状的需求，必然要利用到现代设计方法，提高水泵的设计水准，这样才能使用户的要求得到满足。
1 现代设计方法的概念和内容
现代设计是在传统设计的基础上发展而成的更完善、更全新的设计方法。
这种方法是从二十世纪中期开始发展起来的，以计算机技
术为核心是现代设计的主要特征。
计算机技术的进步推动了现代设计技术的进一步发展，使得设计手段向自动化方向进行转变；使产品表示从“二维”转向“三维”；高性能的计算机硬件和先进的软件技术是实现新的设计方法的保证。
一些先进的设计方法如：优化、有限元和模态分析等都涉及到很多复杂的计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进一步应用。
受到先前科技水平的制约，传统设计主要是根据工作者的经验，运用数学和力学的经验公式等来进行设计的。
随着计算机技术的飞速发展，与传统的设计方法相比，现代的设计方法更具有科学性、准确性，是一种以理论为主导，经验为辅的设计方法。
2 现代设计方法的特点主要包括以下几个方面
（1）系统性。
系统设计方法和逻辑设计方法是现代设计方法的主要内容，处理技术问题必须用系统工程方法。
（2）创新性。
在开发新型的产品时，要突出人的创新意识和创造冲动，以计算机的高新的、优越的算法技术为手段，找到最优参数，设计出理想方案。
（3）先进性。
以设计的先进性为手段，使得设计的效率、质量得到提高，运用先进的计算机科学技术，以优化为方法和理念，对整体设计进行优化。
3 水泵设计中常用的几种现代设计方法
目前，现代设计主要包括：优化设计、计算机辅助和可靠性设计；有限元和人工神经元计算法设计；动态和反求工程设计；模块化设计等等，其中计算机辅助测试等属于水泵设计所包括的内容。
3.1 计算机辅助设计
计算机辅助设计简称cad。
我国从二十世纪末才开始研究泵设计的cad方法，这是把计算机技术应用到设计当中，并用计算机技术完成计算和绘图以及其他各种作业的一种现代设计方法。
一般所谓的cad系统主要是由系统软件、硬件来组成的，能够进行数据库和图像图形的处理等作用，完成设计工作要充分综合的利用各种功能。
该技术的主要特点有：
（1）在软件上比较注重支撑软件的选择，在硬件上逐步实现工作性质的转变。
使得设计工作由小型机往工作站方向转变，处理大规模的应用就要充分的利用工作站，因为其有较快的运算速度，从而使得泵设计的cad技术得到了提高。
（2）计算机辅助设计和计算机辅助制造能进行有效的结合。
和传统的方法相比，cad技术有着很大的优越性：设计的可靠性大大提高；设计周期大大缩短等。
但是，在我国，泵设计的cad 技术在应用中还存在很多问题，在科技快速进步的今天，将会逐步地解决泵设计中存在的一系列问题。
3.2 有限元分析
有限元法是在二十世纪六十年代发展起来的，以计算机技术为核心工具的一种数值算法。
该方法可以对工程中繁琐的非线性问题和非稳态问题进行求解；还可以对工程设计中的复杂结构进行静态和动力学分析；对复杂零件在发生变形时产生的应力进行准确的计算。
随着计算机技术的进步，在不同的工程实践过程中，用有限元
进行设计的方法逐渐得到推广和应用。
该方法就是将结构进行离散化，对单元用有限的方法进行分析，并且各个单元直接的节点是相互关联的，然后进行求解。
灵活性大是该方法的主要特点，单元数目改变，就会改变解的准确度，使得解无限接近真实解。
因此，对有限元方法的推广应用可以提高设计水泵的性能，设计工作者可以以新的设计模式进行创新性水泵产品的开发。
3.3 cfd 技术
cfd就是计算流体动力学。
cdf可以近似的看作用计算机对流体的实际流动情况进行模拟，它的发展伴随着数值计算和计算机技术的发展。
该技术是用数值解的方法来求解流体的微分方程，得到的流体流动场是离散分布在连续区域的，达到近似的模拟，这就是该技术的基本原理。
流体力学、计算机技术、数值解加热力学就等于cfd，该技术是一门综合了多个学科知识的技术。
水泵cfd 技术可以为水泵的设计工作场景提供一个虚拟的测试
平台，能够对水泵的功率和扬程等参数进行准确的预测，使得原型试验得到减少，开发周期得到缩短，还可以实现泵内流动的可视化。
因为cfd能提供泵在过流节点处的零件在任意点、线、面上的流动状态，还可以制成动画并演示，让客户能够清楚的看到计算出的流态。
在水泵设计中应用cfd 技术，节省了设计者在试验过程中的工作量，所以说该技术在水泵设计中得到广泛应用是水泵设计发展的一大趋势。
3.4 优化设计
优化设计是在实际的工程设计中，用最优化的原理，择取最优的可行性方案的一种现代设计方法。
在工程设计的过程中，首先就是建立最优设计问题的数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行求解，并选取最优解，从而得到最优的设计方案。
优化设计方法有：速度系数和正反准则筛选优化设计法、基于cfd 技术和损失极值优化设计法和现在流行的遗传算法等，这些是目前国内水泵的主要优化设计方法。
这些设计方法使得水泵性能得到优化，同时设计效率得到提高，在将来的水泵设计中应用前景会越来越好。
3.5 可靠性设计
可靠性设计是在概率论、数理统计学科的基础上，依据可靠性试验，以保证产品质量的可靠性为目标的现代设计方法。
设计和生产最关心的问题是泵的可靠性，它是全面评价产品质量的重要指标之一。
可靠性设计的基本内容包括：产品的可靠性指标的选定，合理地分配可靠性指标，再把规定的可靠性指标设计到产品中去。
在设计阶段，可靠性起着重要的作用。
水泵产品的可靠性设计包括以下内容：有符合实际的数据；对用户的可靠性要求进行定量；对零件数据进行搜集并确定寿命周期，从而使可靠性模型得到建立。
除此之外，现代设计方法还包括造型设计、价值工程、计算机辅
助测试等方法，这些方法也在水泵的设计中起到越来越重要的作用。
4 结束语
现代设计方法是以计算机技术为核心技术，在传统设计基础上随着科技进步和计算机的发展而逐渐发展起来的一种新的设计方法。
现代设计包括多种设计方法，可以指导各类工程的实践问题，对设计方案进行优化，保障设计产品的质量。
在水泵产品的开发和设计中，这些方法可以降低生产成本和提高生产效率，产生可观的经济效益。
参考文献
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