Диссертация (1024729), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Однако проведение нестационарного расчета 32вариантов проточной части (как в предыдущем разделе) может привести кбольшим затратам времени, не говоря уже о большем количестве расчетныхточек.Поэтому в данном случае следует использовать комбинированныйспособ оптимизации. Для получения хорошего первого приближенияиспользовать расчет 256 моделей проточной части в стационарной постановке,а затем нестационарный расчет с введением ограничения на амплитудупульсаций с последующим выбором наилучшей модели.Процедура оптимизации приведена на примере профилированиялопаточных диффузоров для насоса НМ1250-260 с основным и сменнымротором на подачу 0,5 от номинальной и для насоса НМ2500-230 на подачу 0,7от номинальной.4.5.2.
Параметры математической моделиИспользуется система уравнений, описанная во второй главе.Расчетная сетка одного из насосов приведена на Рисунке 4.36. В ядрепотокаячейкиимеютмногограннуюформу,утвердыхстенок–призматическую. На выходе из проточной части дополнительно задаваласьэкструзия, что позволило избежать образования обратных токов на выходнойгранице расчетной области.Добавлено примечание ([ST16]): Что за эффект?153Рисунок 4.36. Расчетная сетка в сечении насосаГраничные условия: давление на входе в насос и скорость на выходе изнего.В качестве первого приближения проводился стационарный расчет,значения которого затем уточнялись при нестационарном расчете с шагом повремени 0,00005 с, число внутренних итераций – 10.4.5.3.
Результаты расчета исходных проточных частейПриводимые исследования были выполнены в рамках совместнойНИОКР между МГТУ им. Н.Э. Баумана и АО «Конар» (г. Челябинск).Производитель насосов такого типа предоставил в качестве исходныхпроточных частей модели лопаточных диффузоров, спрофилированных сиспользованиемоптимизации.традиционныхметодикиинтуитивныхметодов154Результаты проведенных расчетов исходных проточных частей,приведены ниже (Таблица 24, Рисунок 4.37 - 4.40).Таблица 24.Результаты расчетовМарка насосаНапор, мГидравлическийКПД, %НМ 1250-260, основной ротор241,786,34НМ 1250-260, сменный ротор246,682,84НМ 2500-230, основной ротор236,289,84НМ 2500-230, сменный ротор263,983,99Рисунок 4.37.
Скалярная сцена распределения давления в сечении насосаНМ1250-260 с основным ротором155Рисунок 4.38. Скалярная сцена распределения амплитуды скорости в сечениинасоса НМ1250-260 с основным роторомРисунок 4.39. Скалярная сцена распределения давления в сечении насосаНМ2500-230 с основным ротором156Рисунок 4.40. Скалярная сцена распределения амплитуды скорости в сечениинасоса НМ2500-230 с основным роторомНа приведенных иллюстрациях видно, что проточные части непроявляют каких-либо дефектов исходя из стандартных для CFD расчетовметодов анализа полей распределения скоростей и давлений. Однакогидравлический КПД проточных частей крайне низок. Возможности жепроведения дальнейшей интуитивной оптимизации в данном случаесущественно ограничены. Расчетчику сложно определить направлениеизменения проточной части без видимых деформаций полей течения.4.5.4.
Оптимизация лопаточных диффузоров (ЛД)Дляулучшенияхарактеристикнасосов применяласьпроцедураоптимизации проточной части, в частности их ЛД. Процесс оптимизациипредполагает строгую постановку оптимизационной задачи. Так как расчетывсех вариантов проточных частей проводятся методами численногогидродинамического моделирования, весь процесс получения оптимальноговарианта занимает длительное время. Это в свою очередь накладывает157существенные ограничения на выбор количества параметров оптимизации ирасчетных точек, а также самого метода оптимизации.Как было сказано ранее, оптимизация проводилась в два этапа.
Напервом рассчитывалось 256 вариантов проточной части в стационарнойпостановке.ВариантыпроточнойчастигенерировалисьЛП-таупоследовательностью.4.5.4.1. Выбор параметров оптимизацииВыбор параметров оптимизации всегда представляет из себя сложноформализуемую задачу. В данном случае выбраны фактически всесущественныегеометрическиепараметрылопаточногодиффузора(Рисунок 4.41).Параметры оптимизации и диапазоны их изменения приведены вТаблице 25: На первый взгляд, выбор диапазона изменения параметров такжеявляется отдельной задачей требующей решения, однако на практике это невызывает трудностей.
Диапазон выбирается из имеющегося опыта расчетчикаи конструктивных соображений.Таблица 25.Пределы изменения параметров оптимизации ЛД насоса НМ2500-230 сосновным роторомПараметр оптимизацииРадиальный зазор, ммПроизведение числа лопастейна угол охвата лопастиУгол лопасти на выходеЧисло лопастейШирина ЛД на выходе, b3, ммМинимальноезначение22200 градМаксимальноезначение36450 град10 град24430 град560158Рисунок 4.41. Параметры оптимизации ЛДВ связи с большим количеством расчетных точек, полученныхалгоритмом формирования ЛП-тау последовательности, они приведеныусеченной Таблицей 26.Таблица 26.Расчетные точки для насоса НМ2500-230 (основной ротор)№Радиальныймоделизазор, мм012345….29,21425,91432,51424,26430,86427,564….Произведение углаохвата на числолопастей, град325387,5262,5356,25231,25293,75….Угол навыходе, градЧислолопастей20152527,517,522,5…443532…Для каждой точки из таблицы была построена 3D модель.Здесь и далее расчетная сетка для всех моделей имела 800 тыс.
ячеек длясимметричной постановки (рассчитывалась половина насоса).1594.5.4.2. Результаты первого этапа оптимизацииНа графиках ниже приведены расчетные значения КПД проточныхчастей четырех насосов после первого этапа оптимизации, т.е. после толькостационарных расчетов (Рисунок 4.42 - 4.45).Рисунок 4.42. Оптимизация лопаточного диффузора для насоса НМ2500-230с основным ротором при расчете только в стационарной постановкеРисунок 4.43.
Оптимизация лопаточного диффузора для насоса НМ2500-230со сменным ротором при расчете только в стационарной постановке160Рисунок 4.44. Оптимизация лопаточного диффузора для насоса НМ1250-260с основным ротором при расчете только в стационарной постановкеРисунок 4.45. Оптимизация лопаточного диффузора для насоса НМ1250-260со сменным ротором при расчете только в стационарной постановке161После анализа полученных данных необходимо принять решение одальнейших действиях.
Если полученные значения КПД в результатестационарного расчета близки к требуемым, необходимо досчитать модели снаивысшим значением КПД для каждого насоса в нестационарной постановкеи выбрать наилучшую.Однако может оказаться, что начальные диапазоны измененияпараметров оптимизации были выбраны слишком широкими и поэтому естьвозможность сократить эти диапазоны по результатам первой оптимизации иеще раз досчитать проточную часть в меньшем диапазоне измененияпараметров. Выбрать новый диапазон в данном случае может помочьпостроение кривых зависимости критерия оптимизации от параметров.
Длянасоса НМ1250-260, выбранного в качестве примера, такие кривые показанына Рисунках 4.46 - 4.50.Рисунок 4.46. Зависимость гидравлического КПД насоса НМ1250-260 отрадиального зазора между колесом и лопаточным диффузором, построеннаяпо результатам первого этапа оптимизации162Рисунок 4.47. Зависимость гидравлического КПД насоса НМ1250-260 отпроизведения числа лопастей на угол охвата лопасти, построенная порезультатам первого этапа оптимизацииРисунок 4.48. Зависимость гидравлического КПД насоса НМ1250-260 от углаустановки лопасти лопаточного диффузора на выходе, построенная порезультатам первого этапа оптимизацииДобавлено примечание ([ST17]): Угол не указан награфике163Рисунок 4.49.
Зависимость гидравлического КПД насоса НМ1250-260 отчисла лопастей лопаточного диффузора, построенная по результатам первогоэтапа оптимизацииРисунок 4.50. Зависимость гидравлического КПД насоса НМ1250-260 отширины лопаточного диффузора, построенная по результатам первого этапаоптимизации164Анализ таких графиков может быть полезен по двум причинам. Вопервых, как уже было сказано, они могут помочь скорректировать диапазоныизменения параметров для повторной оптимизации.
Во-вторых, такой способможет помочь в выборе из исходного большого количества параметровименно те, которые сильнее всего влияют на целевую функцию.4.5.4.3. Результаты второго этапа оптимизацииПосле проведения оптимизации в стационарной постановке необходимовыбрать наилучшие модели в полученной таблице результатов и досчитать ихв нестационарной постановке.На рисунках приведены картины течения в одной из наилучших моделей(Рисунок 4.51 - 4.53).Рисунок 4.51.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
