基于正反問題迭代設(shè)計方法，通過給定不同的速度矩分布規(guī)律、葉片進出口邊位置等關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計了一系列混流泵葉輪。在此基礎(chǔ)上，基于SIMPLEC 算法，通過求解Naiver-Stokes 方程和RNG k - ε 湍流模型方程，模擬了葉輪內(nèi)的三維湍流流場，獲得了采用不同關(guān)鍵參數(shù)時葉輪內(nèi)的速度與壓力分布。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)針對數(shù)值模擬結(jié)果，分析了關(guān)鍵參數(shù)對于葉輪設(shè)計的影響。結(jié)果表明：基于類拋物型速度矩分布規(guī)律設(shè)計的葉片對于流體運動方向的控制能力最強，具有最優(yōu)的水力性能；葉片進、出口邊軸面距離適當增大有利于改善內(nèi)部流動，水力效率可獲得提升，但當距離過大時，會因表面摩擦損失增加導(dǎo)致效率下降。

　　混流泵是一種廣泛應(yīng)用于污水處理、水利水電工程、電站循環(huán)水系統(tǒng)等方面的泵型。其介于離心泵與軸流泵之間，有效地吸收了兩者的優(yōu)點，并彌補了兩者的缺點。然而，目前混流泵設(shè)計過程中一些關(guān)鍵參數(shù)( 如：速度矩分布規(guī)律、葉片進出口邊位置等) 的給定較多依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗。本文基于正反問題迭代設(shè)計方法，通過給定不同參數(shù)設(shè)計了一系列混流泵葉輪，并通過模擬不同參數(shù)下葉輪內(nèi)的三維流流場，分析關(guān)鍵參數(shù)對葉輪設(shè)計的影響，為設(shè)計工作提供了有益的借鑒。

　　1、混流泵葉輪設(shè)計

　　傳統(tǒng)設(shè)計方法在計算軸面速度時，在一定假設(shè)下，采用軸面流線迭代法，求解軸面速度沿任意準正交線的梯度方程。然而，這種計算方法滿足過流通道內(nèi)流體的連續(xù)方程。為使軸面流場同時滿足葉輪內(nèi)流體運動的連續(xù)方程與運動方程，本文通過S1與S2流面迭代計算求解軸面流場，控制方程為：

　　式中：τ為葉片的排擠系數(shù)；W 為流體運動的相對速度矢量；C 為流體運動的絕對速度矢量，F(xiàn) 為單位質(zhì)量流體的質(zhì)量力；Er為單位質(zhì)量流體相對運動的機械能。

　　兩類相對流面迭代計算收斂后，得到軸面速度分布，采用逐點積分法完成葉片骨線繪型，在保角變換平面內(nèi)對葉片骨面進行加厚，并對葉片頭部及尾部進行修圓，完成新一輪葉輪的反問題設(shè)計。正反問題迭代設(shè)計方法具體步驟如下：①基于傳統(tǒng)的二元理論設(shè)計初始葉輪。②進行正問題計算，得到同時滿足流體連續(xù)方程與運動方程的軸面流場。③基于正問題計算所得的軸面速度分布完成反問題設(shè)計，得到新的葉輪。重復(fù)步驟②、③，直到前后兩輪反問題設(shè)計所得葉片的軸面截線最大位置偏差滿足要求。本文選取混流泵葉輪的設(shè)計參數(shù)為：流量0. 54m3 /s，揚程25m，轉(zhuǎn)速1450r /min。

　　結(jié)論

　　1) 基于類拋物型速度矩分布規(guī)律設(shè)計的葉片對于流體運動的控制能力強，有效地避免流動分離現(xiàn)象的產(chǎn)生，改善了葉輪內(nèi)部流動，并提升了葉輪的水力性能。相比S 型和類直線型速度矩分布規(guī)律，類拋物型分布規(guī)律具有明顯的優(yōu)勢，應(yīng)當是速度矩的一種最優(yōu)分布形式。

　　2) 葉片出口邊位置的選擇對于葉輪水力性能有重要的影響。在一定范圍內(nèi)，隨著葉片出口邊與進口邊軸面距離增大，葉輪水力效率會得到提升，但增幅會逐漸減小。當進出口邊距離增大到一定程度時，葉片包角過大，導(dǎo)致表面摩擦損失急劇增加，水力效率反而會下降。

　　3) 葉片進口邊位置在一定范圍內(nèi)適當前移，有利于改善葉輪內(nèi)部壓力分布，可以提升葉輪水力效率。但進口邊前移距離過大時，進出口邊在輪轂所截軸面流線過長，葉片軸面投影面積過大，反而會導(dǎo)致葉輪水力效率下降。