基于CFD-DEM的離心泵葉輪磨損特性研究和優(yōu)化設(shè)計

劉 棟，倪子建，黃 凱，王衛(wèi)華，嚴(yán)建華

（1.江蘇大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇雙達(dá)泵業(yè)股份有限公司，江蘇泰州 214537）

0 引言

離心泵在礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等行業(yè)中用于固液兩相流的輸送［1-5］，固體顆粒對離心泵的磨損直接影響泵的水力性能和使用壽命［6-7］，對磨損部件頻繁的維護和更換使得離心泵的使用成本顯著增加［8-9］。因此，針對離心泵磨損特性的研究和優(yōu)化設(shè)計亟待開展。

葉輪是最容易受到顆粒磨損的過流部件［10］，WANG等［11］采用DDPM模型研究了顆粒的粒徑和濃度對葉輪的磨損特性影響，發(fā)現(xiàn)隨著粒徑的增大，壓力面中間、吸力面前端的磨損更嚴(yán)重，而隨著顆粒濃度的增加，葉片壓力面磨損的面積擴展，磨損量增加；TANG等［12］采用CFD-DEM模型研究了不同球形度顆粒對離心泵葉輪的磨損特性影響，發(fā)現(xiàn)隨著球形度的增大，壓力面顆粒的濃度增加；黃思等［13］采用CFD-DEM模型分析了不同流量下離心泵葉輪的磨損特性，發(fā)現(xiàn)隨著流量增大，葉輪葉片工作面和后蓋板磨損增加顯著。上述文獻(xiàn)針對粒徑、濃度、球形度、流量等參數(shù)對葉輪磨損特性的影響做了大量研究工作，但關(guān)于葉片幾何參數(shù)對葉輪磨損特性影響的研究較少。

隨著計算機技術(shù)和CFD理論的發(fā)展，離心泵的參數(shù)化全局優(yōu)化設(shè)計方法也不斷豐富。基于試驗設(shè)計和數(shù)值模擬得到大量樣本數(shù)據(jù)，采用正交試驗法、響應(yīng)面法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、徑向基函數(shù)法等優(yōu)化方法，能夠回歸擬合優(yōu)化參數(shù)與目標(biāo)之間的近似函數(shù)關(guān)系，通過遺傳算法等各類優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)求解［14］，獲得最優(yōu)參數(shù)方案。……