基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程的混流泵啟動(dòng)性能優(yōu)化

摘要： 在ANSYS Workbench的基礎(chǔ)上結(jié)合OptiSLang優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，對(duì)混流泵啟動(dòng)過程進(jìn)行優(yōu)化.利用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)理論和全流域模型計(jì)算數(shù)據(jù)，建立了混流泵準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)過程的水力性能響應(yīng)面替代模型.通過NSGA遺傳算法優(yōu)化內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)，降低啟動(dòng)過程中的渦致能量損失，從而提升混流泵的水力性能.將原始混流泵與優(yōu)化后混流泵的外特性、葉片壓力分布進(jìn)行對(duì)比，并分析混流泵內(nèi)部渦結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了所提出的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)過程水力性能優(yōu)化方案的可行性.研究結(jié)果表明：葉片進(jìn)口安放角α1，α4，α5，葉片出口安放角β1，β2，β3，β4，β5，葉片包角φ和葉片厚度系數(shù)θ對(duì)混流泵加權(quán)平均揚(yáng)程和加權(quán)平均效率的影響程度較大；對(duì)比不同啟動(dòng)時(shí)刻下混流泵的葉片壓力分布，發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效提升混流泵啟動(dòng)中后期的瞬態(tài)揚(yáng)程和啟動(dòng)中期的水力效率.

關(guān)鍵詞： 混流泵；啟動(dòng)過程；響應(yīng)面模型；NSGA遺傳算法；數(shù)值計(jì)算

中圖分類號(hào)： S277.9; TH311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674-8530（2025）01-0031-07

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.23.0111

李偉，楊毅，李碩，等. 基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程的混流泵啟動(dòng)性能優(yōu)化［J］. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2025，43（1）：31-37，52.

LI Wei， YANG Yi， LI Shuo， et al. Optimization of start-up performance of mixed-flow pump based on quasi-steady state process［J］. Journal of drainage and irrigation machinery engineering （JDIME）， 2025， 43（1）： 31-37，52. （in Chinese）

Optimization of start-up performance of mixed-flow pump

based on quasi-steady state process

LI Wei1，2*， YANG Yi1， LI Shuo1， LIU Mingjiang1， QI Handong1

（1. National Research Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China; 2. Zhenjiang Institute of Fluid Engineering Equipment Technology， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212009， China）

Abstract： The start-up process of a mixed-flow pump was optimized using ANSYS Workbench in conjunction with OptiSLang optimization design software. Utilizing quasi-steady state theory and full-domain model calculation data， a response surface surrogate model for the hydraulic performance during the quasi-steady start-up process of the mixed-flow pump was established. The internal flow state was optimized and the vortex-induced energy losses was reduced during the start-up process by using the NSGA genetic algorithm， and thus enhancing the hydraulic performance of the mixed-flow pump. The hydraulic characteristics and blade pressure distribution of the original and optimized mixed-flow pumps were compared， and the internal vortex structure was analyzed， and the feasibility of the proposed hydraulic performance optimization scheme for the quasi-steady start-up process was verified. The research results indicate that the blade inlet angles α1， α4， α5， outlet angles β1， β2， β3， β4， β5， blade wrap angle φ， and blade thickness coefficient θ have a significant impact on the weighted average head and weighted average efficiency of the mixed-flow pump. The blade pressure distribution at diffe-rent start-up times was compared， it was found that this method can effectively improve the transient head in the middle and late stages of start-up process.

Key words： mixed-flow pump;start-up process;response surface model;NSGA genetic algorithm;numerical calculation

混流泵具有流量大、揚(yáng)程高、高效率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，如農(nóng)業(yè)灌溉、“南水北調(diào)”工程、艦船噴水推進(jìn)、水下武器發(fā)射等［1-3］.近年來，使用混流泵作為魚雷發(fā)射推進(jìn)裝置在新一代的核潛艇武器發(fā)射系統(tǒng)得到應(yīng)用.在核潛艇武器發(fā)射過程中，混流泵轉(zhuǎn)速需要在極短的時(shí)間內(nèi)從0增大至額定轉(zhuǎn)速，并使揚(yáng)程和流量都達(dá)到額定值，以滿足魚雷出倉所需的高速水流，為魚雷提供足夠大的初始動(dòng)能，待魚雷出倉后混流泵又經(jīng)歷減速停機(jī)過程，等待下一次的魚雷發(fā)射［4-5］.在該過程中混流泵對(duì)外做功狀態(tài)均為瞬態(tài)啟動(dòng)過程，與一般的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)外做功過程存在較大區(qū)別［6-7］.已有研究表明，混流泵啟動(dòng)過程中，其內(nèi)部存在許多復(fù)雜現(xiàn)象，包括進(jìn)出口的非定常流動(dòng)、葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生的泄漏渦、分離渦、進(jìn)口回流和二次流等流動(dòng)結(jié)構(gòu).這些現(xiàn)象之間相互作用，嚴(yán)重影響混流泵啟動(dòng)過程中的瞬態(tài)效率，從而引起泵能量轉(zhuǎn)化率低、魚雷出倉動(dòng)能不足等問題［8-9］.因此，為了提高魚雷的發(fā)射效果和命中精度，有必要進(jìn)一步提升混流泵在瞬態(tài)過程的性能和工作效率.

目前，傳統(tǒng)的混流泵優(yōu)化設(shè)計(jì)方法往往只提高泵的某一項(xiàng)性能參數(shù)而忽略了其他性能參數(shù)，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果只取得了單一性能的提升，而其他方面卻有所下降，從而導(dǎo)致水泵的整體性能降低.這種單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)只適用于某些特殊工況，適用范圍較小.同時(shí)，在應(yīng)用傳統(tǒng)水力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)周期較長且費(fèi)用較高.采用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以綜合考慮多個(gè)性能參數(shù)，通過算法迭代得到最優(yōu)解，并且整個(gè)設(shè)計(jì)過程都可交由計(jì)算機(jī)完成，極大地提高了設(shè)計(jì)效率［10-12］.在多目標(biāo)優(yōu)化問題中，某個(gè)預(yù)測(cè)解對(duì)其中一個(gè)目標(biāo)函數(shù)而言可能是較優(yōu)的，但對(duì)于其他目標(biāo)可能是較差的，因此，存在一個(gè)折中解的集合，稱之為帕累托最優(yōu)解集［13-15］.

文中基于全流域模型，結(jié)合OptiSLang軟件，選取葉片進(jìn)出口安放角、葉片包角和葉片厚度等參數(shù)，構(gòu)建混流泵啟動(dòng)過程瞬態(tài)性能的響應(yīng)面替代模型.應(yīng)用NSGA遺傳算法對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化，以提高混流泵啟動(dòng)過程的水力性能.

1 數(shù)值計(jì)算

1.1 計(jì)算模型

選取某一典型混流泵為研究對(duì)象，該泵設(shè)計(jì)性能參數(shù)分別為流量Qd=380 m3/h，揚(yáng)程H=6 m，轉(zhuǎn)速n =1 450 r/min，比轉(zhuǎn)數(shù)ns=480.混流泵葉輪葉片數(shù)Z=4.

計(jì)算模型為三維全流域模型，主要包括混流泵（進(jìn)口延長段、進(jìn)口錐管、葉輪、導(dǎo)葉、環(huán)形蝸室和出口延長段）、穩(wěn)壓罐、試驗(yàn)管路和進(jìn)出口閘閥等，使用UG軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模，如圖1所示.

1.2 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗(yàn)證

使用ANSYS ICEM軟件對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其中管路部分采用O型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)口錐管采用Y型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于葉輪、導(dǎo)葉和蝸室的形狀較為復(fù)雜則采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)協(xié)同生成，剩余的閘閥和穩(wěn)壓罐則采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格.考慮湍流邊界層以及葉頂間隙的影響，對(duì)各計(jì)算域近壁面及葉頂間隙處的網(wǎng)格進(jìn)行加密，以保證y+為25～80.主要過流部件網(wǎng)格如圖2所示.

通過調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)位置，獲得5種不同網(wǎng)格數(shù)量方案.以泵的揚(yáng)程和效率為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)5種方案在額定工況下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果如圖3所示.可以看出，當(dāng)計(jì)算模型整體網(wǎng)格數(shù)N大于1 362萬時(shí)，泵的揚(yáng)程和效率基本不變，達(dá)到網(wǎng)格無關(guān)性要求.因此，綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率，選用整體網(wǎng)格數(shù)為1 362萬的網(wǎng)格方案進(jìn)行后續(xù)數(shù)值計(jì)算.

1.3 湍流模型與邊界條件

在混流泵啟動(dòng)中，流體從靜態(tài)加速，經(jīng)層流、轉(zhuǎn)捩流動(dòng)過渡至湍流.為了更準(zhǔn)確地模擬轉(zhuǎn)捩流動(dòng)過程中的邊界層流動(dòng)分離現(xiàn)象，選用DES湍流模型模擬混流泵的瞬態(tài)啟動(dòng)過程.

流體介質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下25 ℃的清水.在前處理中，設(shè)置葉輪為旋轉(zhuǎn)，其他域均為靜止.在計(jì)算過程中，與葉輪域連接的交界面設(shè)置為動(dòng)靜交界面，其余交界面均設(shè)置為靜靜交界面.殘差收斂精度設(shè)為1.0×10-4，最大迭代系數(shù)為10.

由于采用的是全流場(chǎng)閉合回路模型，系統(tǒng)能夠自行模擬流量的變化過程，因此只需要輸入轉(zhuǎn)速的擬合公式，即可開展數(shù)值計(jì)算工作.在混流泵啟動(dòng)過程瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算過程中，采用線性啟動(dòng)的方式，葉輪轉(zhuǎn)速變化為

n=

nmaxt/t0，0≤t≤t0，

nmax，tgt;t0，（1）

式中：nmax為額定轉(zhuǎn)速；t0為葉輪加速至額定轉(zhuǎn)速的時(shí)長.

混流泵啟動(dòng)過程瞬態(tài)計(jì)算總時(shí)長為2.50 s，啟動(dòng)初始時(shí)刻轉(zhuǎn)速為0，均勻加速至1.35 s時(shí)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1 450 r/min，設(shè)置時(shí)間步長為0.001 s，每10步保存一次并輸出一個(gè)TRN文件.

1.4 數(shù)值計(jì)算方法可靠性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證全流場(chǎng)瞬態(tài)啟動(dòng)過程數(shù)值計(jì)算方法的可靠性，對(duì)原始混流泵進(jìn)行試驗(yàn).圖4為混流泵線性啟動(dòng)過程數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)的瞬態(tài)揚(yáng)程對(duì)比，可以看出：在0～0.70 s時(shí)間段，數(shù)值計(jì)算的揚(yáng)程比試驗(yàn)揚(yáng)程略高；在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)（t=1.35 s），由于流量滯后與啟動(dòng)過程中加速項(xiàng)的影響出現(xiàn)了一個(gè)揚(yáng)程的沖擊峰值；在1.35 s后，瞬態(tài)揚(yáng)程開始下降并最終恢復(fù)至穩(wěn)定值.整體看，數(shù)值計(jì)算揚(yáng)程與試驗(yàn)揚(yáng)程吻合較好，表明文中所采用的數(shù)值計(jì)算方法是可靠的.

2 啟動(dòng)過程性能優(yōu)化

基于ANSYS Workbench平臺(tái)，聯(lián)合OptiSLang軟件，并運(yùn)用CFturbo，Turbogrid，ICEM，CFX以及OptiSLang等模塊搭建了混流泵準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)過程的優(yōu)化流程，如圖5所示.

計(jì)算啟動(dòng)過程中6個(gè)時(shí)刻（t=0.30，0.70，1.00，1.35，1.50，2.50 s）下混流泵內(nèi)部流動(dòng)狀況，并在CFX-post中將揚(yáng)程H和效率η設(shè)置為輸出參數(shù)至Workbench的參數(shù)集系統(tǒng)中.根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)確定對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的邊界條件，如表1所示.

首先，基于設(shè)定的輸入?yún)?shù)，在OptiSLang軟件中通過高級(jí)拉丁超立方抽樣方法生成150個(gè)樣本設(shè)計(jì)點(diǎn).然后，通過CFX完成樣本點(diǎn)計(jì)算，導(dǎo)出輸出參數(shù)，建立MOP響應(yīng)面并完成敏感性分析.最后，通過NSGA遺傳算法在響應(yīng)面上迭代尋優(yōu)得到最優(yōu)結(jié)果，并對(duì)最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行全流場(chǎng)瞬態(tài)啟動(dòng)過程的數(shù)值計(jì)算，完成結(jié)果驗(yàn)證.

該流程無需人工值守，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)仿真計(jì)算，從而減少了人工時(shí)間成本并極大地提升了工作效率.

2.1 優(yōu)化變量選取

混流泵四葉片葉輪由CFturbo生成，4枚葉片的型線相同，沿軸線方向成中心對(duì)稱，因此只需選擇1枚葉片控制其變量即可.在優(yōu)化流程中，為了保證新葉輪與過流部件相匹配，保留葉輪子午面（見圖6）結(jié)構(gòu)不變，選擇葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.在葉片翼展Span=0，0.25， 0.50，0.75，1.00處建立5條樣條曲線（見圖7），選擇樣條曲線上參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量.

葉片沿翼展方向共設(shè)有5條控制曲線，選取葉片進(jìn)口安放角α1，α2，…，α5，葉片出口安放角β1，β2，…，β5以及葉片包角φ共11個(gè)參數(shù)控制葉片型線.在葉片前緣靠近輪轂和輪緣處設(shè)置2個(gè)點(diǎn)，測(cè)量其厚度ζ1和ζ2.在葉片尾緣靠近輪轂和輪緣處設(shè)置2個(gè)點(diǎn)，測(cè)量其厚度ζ3和ζ4.將葉片輪轂和輪緣之間的厚度分布定義為厚度系數(shù)θ.綜上所述，可利用這16個(gè)參數(shù)完成混流泵葉輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì).16個(gè)參數(shù)及其變化范圍如表2所示.

2.2 目標(biāo)函數(shù)及約束條件

啟動(dòng)過程中泵的揚(yáng)程和效率是評(píng)價(jià)泵性能的重要指標(biāo)，將6個(gè)時(shí)刻（t=0.30，0.70，1.00，1.35，1.50，2.50 s）下泵的揚(yáng)程和效率作為輸出參數(shù)，導(dǎo)入Workbench的參數(shù)集中.文中多目標(biāo)優(yōu)化的第一優(yōu)化目標(biāo)為加權(quán)平均效率最大，第二目標(biāo)是提高加權(quán)平均揚(yáng)程，約束條件為各時(shí)刻下泵的效率值和揚(yáng)程值均不小于相應(yīng)泵初始時(shí)刻值.數(shù)學(xué)模型為

X=［xi］，（2）

η（X）≥η0（X），（3）

H（X）≥H0（X），（4）

max F（X）=∑6i=1ηi（X）6，（5）

max G（X）=∑6i=1Hi（X）6，（6）

式中：X為變量的集合；xi為設(shè)計(jì)變量，i=1，2，3，4，5，6，分別表示t=0.30，0.70，1.00，1.35，1.50，2.50 s時(shí)刻工況；H為設(shè)計(jì)泵揚(yáng)程；H0為原始泵揚(yáng)程；η為設(shè)計(jì)泵效率；η0為原始泵效率；F為加權(quán)平均效率；G為加權(quán)平均揚(yáng)程.

2.3 敏感性分析

文中選取了16個(gè)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量.由于參數(shù)變量過多會(huì)導(dǎo)致優(yōu)化周期過長，通過敏感性分析法可以篩除一些對(duì)優(yōu)化目標(biāo)影響較小的參數(shù)變量，以此可降低模型復(fù)雜度.

基于樣本點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，通過OptiSLang軟件構(gòu)建MOP響應(yīng)面模型.根據(jù)響應(yīng)面模型對(duì)設(shè)計(jì)變量和輸出參數(shù)進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，選擇敏感度較高的設(shè)計(jì)變量作為最終的優(yōu)化變量.圖8為加權(quán)平均效率和加權(quán)平均揚(yáng)程的相關(guān)系數(shù)R圖，可以看出，輸出參數(shù)CoP值均大于90％，說明這些優(yōu)化變量與目標(biāo)函數(shù)之間具有良好的映射關(guān)系，模型較為精準(zhǔn)；效率主要受α1，α4，β1，β3，β5，φ，θ 等參數(shù)的影響，揚(yáng)程主要受α4，α5，β1，β2，β4，φ，θ 等參數(shù)的影響.

綜上所述，即可篩選出對(duì)混流泵準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)過程揚(yáng)程和效率影響程度較高的10個(gè)設(shè)計(jì)變量，分別為α1，α4，α5，β1，β2，β3，β4，β5，φ，θ.

2.4 優(yōu)化求解

非支配排序遺傳算法（NSGA）通過共享小生境技術(shù)和非支配排序算法提供的虛擬適應(yīng)度值，使得帕累托最優(yōu)解集能夠均勻分布，從而更好地應(yīng)對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問題.NSGA算法的工作流程如圖9所示.

利用NSGA算法對(duì)MOP響應(yīng)面模型進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)，得到相應(yīng)的帕累托最優(yōu)解集，解集目標(biāo)函數(shù)映射構(gòu)成的Pareto前沿面如圖10所示.可以看出，整個(gè)Pareto前沿分布較為光滑，呈現(xiàn)上凸趨勢(shì).

在Pareto前沿解中找到滿足揚(yáng)程和效率約束條件，且G值大于原始泵，F(xiàn)值最大的解作為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方案的最終結(jié)果，即獲得優(yōu)化泵.

3 優(yōu)化結(jié)果分析

3.1 優(yōu)化結(jié)果

表3為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化前后混流泵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比，可以看出，優(yōu)化前后葉片進(jìn)出口安放角變化較為明顯；原始混流泵葉片進(jìn)口安放角α1，α2，…，α5沿輪轂到葉頂呈單調(diào)遞減趨勢(shì)，葉片出口安放角β1，β2，…，β5與進(jìn)口安放角趨勢(shì)相同；優(yōu)化泵的葉片進(jìn)口安放角仍保持最初的單調(diào)遞減趨勢(shì)，作為優(yōu)化變量的α1，α4和α5相較于原始泵均有所減?。粌?yōu)化泵的葉片出口安放角則不再呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)，其中β2和β4分別大于其兩側(cè)的β1，β3和β3，β5；葉片厚度系數(shù)θ從0變?yōu)?0.314，說明葉片厚度向葉頂方向發(fā)展.

將優(yōu)化泵代入全流場(chǎng)計(jì)算模型中進(jìn)行瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算，得到啟動(dòng)過程外特性曲線對(duì)比如圖11所示.

由圖11可以看出：優(yōu)化前后混流泵的瞬態(tài)揚(yáng)程曲線比較接近，且優(yōu)化泵的揚(yáng)程值均高于原始泵；優(yōu)化泵和原始泵的沖擊揚(yáng)程值相同，在啟動(dòng)前期0.80 s前時(shí)間段二者的瞬態(tài)揚(yáng)程和效率值相差不大，在0.80 s后優(yōu)化泵揚(yáng)程明顯提升；瞬態(tài)效率在啟動(dòng)前期和后期效率的提升效果并不明顯，其主要提升為0.70～1.80 s時(shí)間段.

3.2 優(yōu)化前后內(nèi)流場(chǎng)對(duì)比

圖12為優(yōu)化前后混流泵啟動(dòng)過程不同時(shí)刻下葉片表面壓力分布.在0.70 s時(shí)刻，葉片前緣處壓力最小，尾緣處壓力最大.在葉片吸力面存在大范圍低壓區(qū)，壓力面的低壓區(qū)主要集中在前緣處，這是葉輪進(jìn)口基本被回流占據(jù)所造成的.優(yōu)化后葉輪進(jìn)口回流得到改善，使得葉片壓力面前緣處的低壓區(qū)有所減小.

在1.00 s時(shí)刻，由于分離渦的影響在葉片吸力面仍存在大范圍低壓區(qū).此時(shí)流量與揚(yáng)程迅速增大，葉片出口處無明顯回流，壓力面輪緣處仍然存在較小范圍的高壓區(qū).優(yōu)化后葉片低壓區(qū)面積減小，壓力變化梯度更加均勻，說明葉片做功效果更好.

在1.35 s時(shí)刻，葉片吸力面低壓區(qū)范圍進(jìn)一步減小，在葉片后半部分壓力分布梯度較為均勻，說明流動(dòng)狀況良好，受旋渦影響較小，液體流動(dòng)狀況穩(wěn)定.優(yōu)化后葉片吸力面尾緣處高壓區(qū)影響范圍更大，壓力面高壓區(qū)集中在葉片出口，壓力梯度更加明顯，說明優(yōu)化泵的做功效果更好，混流泵瞬態(tài)效率更高.

綜上所述，在啟動(dòng)前期，優(yōu)化泵葉輪結(jié)構(gòu)的改變對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)的影響并不明顯；在啟動(dòng)中期，優(yōu)化泵改善了葉輪進(jìn)出口回流，削弱了葉輪內(nèi)部分離渦的影響，使葉輪流道內(nèi)的壓力分布梯度更加均勻，提高了葉輪的做功效果和瞬態(tài)效率.

4 結(jié) 論

以葉輪葉片進(jìn)出口安放角、葉片包角、葉片厚度和葉片厚度分布系數(shù)等參數(shù)作為變量，基于ANSYS Workbench平臺(tái)和OptiSLang軟件建立了混流泵準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)過程的優(yōu)化流程，并采用NSGA遺傳算法迭代尋優(yōu)得到優(yōu)化結(jié)果，得到結(jié)論如下：

1） 經(jīng)敏感性分析后篩選出對(duì)混流泵瞬態(tài)啟動(dòng)過程加權(quán)平均揚(yáng)程和加權(quán)平均效率影響程度較高的10個(gè)設(shè)計(jì)變量為葉片進(jìn)口安放角α1，α4，α5，葉片出口安放角β1，β2，β3，β4，β5，葉片包角φ和葉片厚度系數(shù)θ.

2） 原始泵與優(yōu)化泵二者的沖擊揚(yáng)程值相同，在啟動(dòng)前期0.80 s之前時(shí)間段二者的瞬態(tài)揚(yáng)程和效率值相差不大，在0.80 s之后得到明顯提升.瞬態(tài)效率在啟動(dòng)前期和后期效率的提升效果并不明顯，其主要提升階段為0.70～1.80 s.

3） 在0.30 s時(shí)刻優(yōu)化后葉輪內(nèi)部流動(dòng)無明顯變化，在0.70 s時(shí)刻葉片進(jìn)出口回流得到了有效改善，在1.00 s之后時(shí)間段削弱了分離渦的影響，使葉輪流道內(nèi)的壓力分布梯度更加均勻，提高了葉輪的做功能力和瞬態(tài)效率.

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（責(zé)任編輯 陳建華）

收稿日期： 2023-06-05； 修回日期： 2023-07-09； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2025-01-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20250106.1430.026

基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目（52120105010）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52179085）

第一作者簡(jiǎn)介： 李偉（1979—），男，河南信陽人，研究員，博士生導(dǎo)師（通信作者，lwjiangda@ujs.edu.cn），主要從事流體機(jī)械及工程研究.

第二作者簡(jiǎn)介： 楊毅（1995—），男，四川資陽人，碩士研究生（yangyi_qh@163.com），主要從事混流泵瞬態(tài)性能優(yōu)化研究.