基于三元反設(shè)計理論，將環(huán)量vur沿軸面流線的變化梯度作為載荷分布的控制參數(shù)，采用兩段拋物線來描述載荷沿軸面流線的分布規(guī)律.為了分析載荷分布規(guī)律對混流泵葉輪設(shè)計結(jié)果的影響，建立了“前載型”、“中載型”和“后載型”3種混流泵葉輪.基于雷諾時均的Navier-Stokes方程、SST湍流模型和多參考坐標(biāo)系模型對3種葉輪內(nèi)流場進行數(shù)值模擬，對葉輪的能量性能和葉片表面壓力分布進行分析.結(jié)果表明：采用兩段拋物線表示載荷沿軸面流線的分布規(guī)律是合理的，基于載荷分布的葉片三元反設(shè)計能有效控制葉片表面的壓力分布特性；載荷峰值點越靠近導(dǎo)邊，葉輪的揚程、功率和效率值越高；在設(shè)計流量工況，前載型葉輪與后載型葉輪的揚程、功率和效率的差別分別為18.30%，16.40%和2.01%；不同載荷分布時葉輪能量性能的差別隨流量的增加而逐漸明顯。

　　葉片載荷分布規(guī)律是水泵葉輪設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，對葉輪性能有重要影響。近些年來，有較多在葉輪設(shè)計完成后再通過葉片形狀參數(shù)的調(diào)整來實現(xiàn)性能優(yōu)化的文獻(xiàn)發(fā)表。但在設(shè)計過程中通過調(diào)整載荷參數(shù)分布規(guī)律來得到性能優(yōu)良的葉輪的文獻(xiàn)卻很少.現(xiàn)階段，設(shè)計者對葉片載荷分配缺少經(jīng)驗，往往需要大量的試驗修正才能得到滿足要求的葉輪。

　　為了提高設(shè)計過程中對葉輪性能的可控制程度，很有必要開展載荷分布規(guī)律對葉輪設(shè)計結(jié)果影響的研究.文中基于三元反設(shè)計理論，將環(huán)量vur沿軸面流線的變化梯度作為載荷分布的控制參數(shù)，以比轉(zhuǎn)數(shù)ns=449的混流泵葉輪設(shè)計為例，在給定軸面流道形狀和導(dǎo)邊、隨邊位置的前提下，采用兩段拋物線對載荷沿軸面流線的分布規(guī)律進行描述，建立“前載型”、“中載型”和“后載型”3種葉輪.基于AnsysCFX12.0軟件求解雷諾時均的Navier-Stokes(RANS)方程，對所設(shè)計葉輪內(nèi)流場進行數(shù)值模擬，比較和分析采用不同載荷分布規(guī)律時葉片表面的壓力分布特性和葉輪的能量性能。

1、葉片載荷分布形式

　　在葉輪內(nèi)流動穩(wěn)定、無黏性且不可壓縮的假定前提下，把其內(nèi)部的三維流動分解為周向平均流動和周向脈動流動，用置于葉片中心面上的渦及源匯分別代替葉片和葉厚對流場的作用，葉片形狀以滿足流動邊界條件而迭代確定.在葉片設(shè)計過程中需要指定以下條件：①葉輪的軸面輪廓，包括輪轂、輪緣和導(dǎo)邊、隨邊的位置；②葉片導(dǎo)邊、隨邊的渦強度(即環(huán)量vur)沿徑向的分布；③從輪轂到輪緣的各條軸面流線上對應(yīng)點包角的分布；④葉片的載荷沿軸面流線的分布。

　　葉片的載荷(即葉片壓力面與吸力面的壓力差)與環(huán)量vur在軸面流線方向上的偏導(dǎo)數(shù)密切相關(guān)，它們滿足關(guān)系式：

　　式中：vm為軸面平均速度；vu為周向平均速度；p+，p-分別是葉片壓力面、吸力面的靜壓；B為葉片數(shù)；m為相對軸面流線長度，m=0為導(dǎo)邊，m=1為隨邊.因此給定載荷分布規(guī)律即是給定��(vur)/�祄沿軸面流線的分布規(guī)律.通常將vur除以ωr22s作量綱一化處理，其中r2s為葉片隨邊輪緣處的半徑值.葉片載荷沿軸面流線的分布規(guī)律理論上要滿足以下原則：

　　采用對稱軸相同的兩段拋物線描述葉片載荷的分布規(guī)律，指定了輪轂流線、葉高中間流線和輪緣流線上載荷的分布規(guī)律.載荷峰值點在軸面流線上的相對位置是決定載荷分布的一個重要參數(shù).圖1為葉片載荷沿軸面流線的分布情況.葉片載荷最大點分別位于m=0.2處(前載型)、m=0.5處(中載型)和m=0.8處(后載型)，由此積分可得到圖2所示的環(huán)量沿軸面流線的分布圖。

圖1 葉片載荷沿軸面流線的分布

圖2 環(huán)量沿軸面流線的分布

結(jié)論

　　采用環(huán)量沿軸面流線的梯度作為載荷分布的控制參數(shù)是合理的，可以有效控制葉片表面的壓力分布，由此提高了設(shè)計過程中對葉輪性能的可控制程度。前載型葉片的揚程、功率和效率都最高，后載型葉片恰好相反.載荷峰值點靠近導(dǎo)邊對提高葉輪效率有利，載荷峰值點靠近隨邊對提高葉輪空化性能有利。工程中，往往需要根據(jù)葉輪的具體應(yīng)用場合對葉輪的效率和空化性能做出合理取舍，才能獲得理想的葉片載荷沿軸面流線的分布規(guī)律。