高效太阳能离心泵水力设计的基础研究

高效太阳能泵已成为泵节能研究的热点之一。本项目拟对太阳能离心泵水力设计方法的基础问题展开研究，以解决太阳能离心泵运行效率低和全寿命成本高的问题。.针对太阳能离心泵运行工况不断变化的特点，采用改进的分离涡模拟方法、PIV测试和压力脉动试验研究其内部流动规律，以及叶轮与压水室的主要几何参数对泵内外特性的影响；通过对不同设计方案的太阳能离心泵进行外特性试验与数值计算，结合人工神经网络，建立关死点性能预测模型，特别是关死点功率的计算与控制方法；在上述研究基础上结合理论分析，提出具有超宽高效运行范围的太阳能离心泵的水力设计方法。基于内流数值模拟结果，应用强流固耦合方法研究提高太阳能离心泵可靠性的设计理论与方法。.本项目旨在建立具有较小关死点功率，超宽高效运行区域和高可靠性的太阳能离心泵多工况水力设计方法。研究成果对促进我国节能减排目标的实现具有重要意义，同时也为其他类型泵的高效设计提供借鉴。

近年来，随着石油、煤炭、天然气等化石能源资源量的不断减少，太阳能水泵的设计研究已成为当前水力机械领域研究的一个热点。本项目力图建立具有超宽高效运行区域，较小的关死点功率和高可靠性的太阳能离心泵的水力设计方法。项目主要研究内容和研究成果如下。. （1）试验研究了叶片出口宽度、叶片出口角、叶片数、叶片包角和叶片进口冲角对太阳能离心泵关死点扬程和关死点功率的影响，研究表明各参数对离心泵关死点扬程和功率的影响规律都较为复杂，这与各参数对关死工况下离心泵内部流动规律的影响有着极为密切的关系。. （2）根据大量的实际计算数据，分析了常用的7种离心泵关死点扬程计算方法的计算精度。以比转数作为自变量，应用一元非线性回归分析的方法给出了各关死点扬程的计算方法的修正系数，较大地提高了太阳能离心泵关死点扬程的计算精度。实例计算表明修正后的离心泵关死点扬程的计算公式的计算结果偏差都在5%以内。. （3）应用误差反向传播神经网络（Back Propagation，BP）建立了太阳能离心泵关死点功率的预测模型。网络的实际应用表明网络的平均预测偏差为4%，能够满足工程应用的要求，可为现代水泵设计中关死点功率的计算提供了理论参考。. （4）基于泵内各项损失计算建立了太阳能离心泵全流量范围内的性能预测模型。基于该性能预测模型，以传统的单工况水力设计结果作为初始条件、多个工况下的扬程值为约束条件、多个工况点的加权平均功率值（或加权效率值最高）最小为目标，应用全局优化算法进行求解，从而建立了太阳能离心泵多工况水力性能优化设计方法。采用Isight集成Pro/E、Gambit和Fluent，实现了太阳能离心泵叶轮轴面图多工况全自动CFD优化。. （5）基于统计规律将一天光照标准化，建立了长期光照分布的概率密度模型，通过实验标定建立了峰值光照与全天出水量的关系，根据概率密度模型利用Matlab生成随机峰值光照序列，分别研究了储水箱体积、日需水量、概率密度函数参数对系统供水可靠性的影响，并给出合理取值范围和配置建议。. 本项目共出版专著1部；发表论文24篇，其中SCI检索5篇、EI检索13篇；申请发明专利2项，其中授权1项；申请软件著作权登记3项；获省部级二等奖3项；培养硕士研究生2名、博士研究生1名。

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