提出了用正反問題迭代法設計混流泵葉輪的新方法。該方法能夠有效地彌補傳統(tǒng)方法設計葉片時軸面流動的計算僅滿足流體連續(xù)方程的缺陷，同時考慮了葉片形狀對軸面流場計算的影響。通過兩類相對流面迭代求解流體連續(xù)方程與運動方程，完成設計葉輪的正問題計算。采用逐點積分法進行葉片骨線繪型，在軸面上加厚葉片，在保角變換平面內(nèi)修圓葉片頭尾部，完成反問題設計。正反問題迭代計算直至收斂，最終完成混流泵葉輪的設計。采用SIMPLEC算法，通過求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε 湍流模型方程，模擬了混流泵葉輪內(nèi)的三維流場，獲得了葉輪內(nèi)的速度與壓力分布。結(jié)果表明：正反問題迭代方法設計的葉片對于水流的控制能力增強，葉輪內(nèi)部流動穩(wěn)定，壓力分布均勻，具有更優(yōu)的水力性能。

　　混流泵是一種廣泛應用于水利工程、電站冷卻系統(tǒng)、污水處理等方面的泵型。混流泵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，具有揚程高、適用流量范圍廣、高效運行范圍廣、不易產(chǎn)生空化等優(yōu)點。

　　近年來，國內(nèi)外學者圍繞著混流泵的優(yōu)化設計、流動分析與性能預測開展了研究工作。但目前國內(nèi)混流泵的技術研發(fā)相對滯后，缺乏系列的水力模型，已有的模型效率有待進一步提高。真空技術網(wǎng)(http://www.13house.cn/)深入研究并改進混流泵的設計方法，提升運行效率，對實現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要的工程應用價值。

　　本文基于兩類相對流面流動理論，提出了一種正反問題迭代法設計混流泵葉輪的新方法。該方法能夠有效地彌補傳統(tǒng)方法設計葉片時軸面流動的計算僅滿足流體連續(xù)方程的缺陷，同時考慮了葉片形狀對軸面流場計算的影響。在反問題設計計算的基礎上，數(shù)值模擬了葉輪內(nèi)部三維湍流流場，比較了不同設計方法對于葉輪水力效率及內(nèi)部流動的影響，為進一步開展優(yōu)化設計工作提供參考。

1、正反問題迭代法

　　1.1、設計方法

　　在混流泵葉輪傳統(tǒng)的設計方法中，通常根據(jù)某種假定，通過求解滿足軸面流道流動的連續(xù)方程而得到軸面速度，進而依據(jù)該軸面速度進行葉片造型。由于軸面速度的計算依賴一定的假設，并未滿足流體的運動方程，同時也未考慮葉片形狀對流動的影響，因此傳統(tǒng)設計方法在理論上存在明顯的缺陷。

　　為彌補傳統(tǒng)設計方法的缺陷，本文提出了正反問題迭代法設計混流泵葉輪葉片的方法。該法與傳統(tǒng)設計方法的流程比較見圖1。在傳統(tǒng)設計方法中，基于某種假定計算得到軸面速度后，依據(jù)骨線方程進行葉片繪型、加厚，完成最終葉輪的反問題設計，具體流程如圖1a所示。正反問題迭代法的設計步驟如下：

　�、� 基于傳統(tǒng)設計方法設計初始葉輪；

　�、� 對葉輪進行正問題計算，得到同時滿足流體連續(xù)方程和運動方程的軸面速度分布規(guī)律；

　　③ 基于正問題計算得到的軸面速度分布規(guī)律，采用逐點積分法進行葉片骨線繪型，在軸面上加厚，在保角變換平面內(nèi)修圓葉片頭尾部，完成反問題設計，得到新的葉輪三維造型；

　�、� 重復上述②、③過程，直至前后兩次反問題設計得到的葉片軸面截線位置差別滿足要求。

　　具體流程如圖1b所示。

圖1　設計方法流程圖

結(jié)論

　　基于傳統(tǒng)方法和正反問題迭代法設計了混流泵葉輪，采用SIMPLEC算法和RNGk-ε 湍流模型，對兩種方法設計的葉輪內(nèi)部三維湍流流場進行了數(shù)值模擬，獲得了壓力與速度分布，預估了水力效率，研究結(jié)果如下。

　　1)相比于傳統(tǒng)方法，正反問題迭代法同時滿足流體的連續(xù)方程和運動方程，是一種在理論上更加完善的設計方法，設計的葉輪更加符合流體真實的流動情況。

　　2)數(shù)值模擬結(jié)果表明：正反問題迭代法設計的葉輪水力效率較傳統(tǒng)方法設計的葉輪提高0.8%。

　　3)正反問題迭代法設計的葉輪內(nèi)部壓力分布更加均勻，葉片進口壓力升高，有利于提高混流泵葉輪的吸入特性。