基于代理模型方法的串列泵優化設計

趙宇, 王國玉, 黃彪, 王復峰

(北京理工大學 流體機械工程研究所，北京 100081)

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基于代理模型方法的串列泵優化設計

趙宇, 王國玉, 黃彪, 王復峰

(北京理工大學 流體機械工程研究所，北京 100081)

摘要：針對葉輪機械傳統優化設計周期長、優化效率低等不足，提出了一種基于代理模型的優化設計方法，并應用于串列泵的優化設計，分析了關鍵設計參數對串列泵性能的影響。選擇首、次級葉輪葉片安放角和相位角作為優化參數，選擇效率和最小軸向截面平均壓力系數作為優化設計目標函數，用來表示串列泵的外特性和空化特性。采用不同的方法建立代理模型，并采用敏感度分析方法和Pareto front方法進行參數影響分析和最優點的選取。采用數值計算的方法對優化后的串列泵外特性和空化特性進行驗證，得到結論如下：提出的方法可以較好地應用于串列泵的優化設計，優化結果表明串列泵設計流量附近的效率和空化性能均得到提升。首、次級葉輪相位角對串列泵性能影響較小；首、次級葉輪葉片安放角對串列泵效率的敏感度之比和設計的載荷之比相同，首級葉輪葉片安放角是串列泵的空化特性的主要影響因素。

關鍵詞：軸流泵；串列葉柵；系統優化設計；代理模型方法；空化特性

串列葉柵是指多排葉柵直接相連的布置方式，具有靈活的氣動特性，目前在航空發動機[1-3]和水下螺旋槳推進中[4-5]已經得到應用。串列泵是一種采用串列葉柵布置的泵，和普通的雙級泵相比，由于減少一級導葉而顯著減小泵級的軸向尺寸和質量，從而使得串列泵具有結構緊湊和功率密度高的特點；……