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    开题报告PPT-功率分流式无级变速器的研究.pptx

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    开题报告PPT-功率分流式无级变速器的研究.pptx

    功率分流式无级变速器的研究,开 题 报 告,报告内容,4、研究任务及进度情况,3、本课题研究内容,1、课题研究背景及意义,2、国内外研究现状,课题研究背景,汽车变速系统是影响汽车性能的关键部件之一。无级变速系统传递效率低是其较为突出的缺陷,这在很大程度上抵消了应用无级变速器系统而使发动机工作在效率较高工况下所带来的好处,且主要适用于高、中档轿车的液力自动变速器成本较高,而带式,1.课题研究背景及意义,课题研究的意义,,有利于提高离心泵的效率,减少能源消耗;降低汽蚀余量,提高抗汽蚀能力;消除曲线驼峰,保证离心泵运行稳定;解决了过载问题,防止离心泵过载烧坏。,,A,,,利用Bezier 曲线设计叶片展开流线,操作简单,并且容易控制,为离心泵三维建模提供了更好的方法。,,B,,,通过对离心泵参数化设计、优化和CFD流体分析,可有效地缩短相关产品的设计周期,降低设计成本,为离心泵的设计提供了可靠的依据。,,D,,,为离心泵的设计提供了重要的参考依据,为以后绘制优秀的离心泵三维模型的提供了更加简单合理的方法。,,C,,2.国内外研究现状,对于离心泵存在的效率低、汽蚀性能差、特性曲线驼峰以、过载烧坏以及离心泵叶片绘型等问题,过内外学者做了一些研究。 闫永强、梁武科等以圆盘损失最小单一目标建立了离心泵 优化模型,对叶轮进出口参数进行了优化,离心泵效率得到了提高。 P.R.Khlopenkov等分析各个参数的对离心泵效率影响,以提高离心泵效率为目的,利用速度系数法对各个参数进行了优化。 何希杰、朱广奇等几位学者建立了以离心泵效率最大、汽蚀余量最小和曲线无驼峰的多目标优化数学模型,并用遗传算法进行优化计算,离心泵性能得到了良好的改善。,闻建龙、沙毅分析了无过载离心泵的原理,研究表明只要合理的设计离心泵D2、b2、β2、ψ2等各参数,便可得到无过载离心泵。 施卫东、刘小龙等人提出了低比转数离心泵优化设计专家系统的概念,并构建了该系统框架和数学模型。 杨军虎、孙庆冲利用 Bezier 曲线设计叶片展开流线,并详细介绍了叶片展开流线的控制方法,取得了良好的效果。 田 辉、孙秀玲建立了一种基于遗传算法的离心泵叶片型线水力性能优化方法,利用CFD技术求解离心泵叶片的水力性能,以离心泵水力效率及理论扬程作为优化目标进行多目标优化。 张佩芳、袁寿其等人分析了低比转速离心泵水力性能方面存在的效率低、扬程曲线易出现驼峰和轴功率易过载等问题产生的原因及解决方法,对各水力设计方法进行了评述。,但是目前国内外学者注重的是离心泵效率、汽蚀、曲线特性驼峰问题,而很少有学者将过载问题与其联系到一起,过载问题对于一个优秀的离心泵也是必须考虑的。轴功率曲线随流量增加而迅速上升,使泵在大流量区运行易产生过载现象。设计者往往设计出的高效率、高汽蚀和良好的性能曲线的优秀泵,在使用中却经常出现过载烧坏情况,据统计,低比转速泵因过载损坏占总损坏量的70。 因此本文将以离心泵效率最大和汽蚀余量最小为目标函数,曲线无驼峰和无过载为约束条件进行多目标优化,并以遗传算法进行优化计算,得到各个参数的最优解,设计出满足现代要求的离心泵。,3.本课题研究内容,3.1多目标数学模型的建立,无过载约束,总效率最大分目标函数,离心泵效率最大,即使离心泵损失最小。离心泵损失包括机械损失Pm、容积损失Pv和水力损失Ph。因此本文将建立以总损失最小为目标函数,总效率最大数学模型为,,,,,,汽蚀余量最小分目标函数 泵发生汽蚀的条件由泵本身和吸入装置两方面决定的,泵不发生汽蚀的条件是装置汽蚀余量NPSHa泵汽蚀余量NPSHr,为了提高泵的抗汽蚀能力,则应使得汽蚀余量NPSHr越小越好。 因此汽蚀余量最小分目标函数为,扬程曲线无驼峰约束,消除扬程曲线驼峰可以增加流量扬程曲线的斜率,国内外有关专家由统计得到了定量的结论为得到单调下降的H-Q曲线,则应满足下式,无过载约束 要使的离心泵无过载,必须满足泵的最大轴功率小于或等于电机的功率,即即应满足,3.2遗传算法求解,遗传算法多目标数学模型描述为 其中 表示向量极小化; 为向量目标函数; , 表示多目标优化模型的约束集。,1.位串变换的参数 2.计算目标函数 3.函数值向适应值映射 4.适应值调整,,三种基本遗传算子 选择算子 交叉算子 变异算子,,优化结果出口直径减小,使得圆盘摩擦损失减小,通过计算,效率明显提高;进口直径增大,离心泵的汽蚀余量降低,提高了离心泵的抗汽蚀性能;出口安放角和叶片数Z减小,增加了离心泵扬程曲线的斜率,消除了曲线驼峰问题,提高了离心泵的稳定性;同时,只要选取电动机功率为设计功率的K倍,便可解决离心泵运行过载烧坏的问题。,,,,,生成多条流线,拟合成曲面,完成三维造型,加厚生成叶片,3.3离心泵参数化三维建模,离心泵叶片形状是决定离心泵性能的重要因素之一,轴面流道和流线的确定是离心泵叶片形状的关键问题之一。传统确定流线的方法是保角变换法,个人经验占很大的比重,并且繁琐不易调整,本文利用 Bezier 曲线设计叶片展开流线,使其参数化,简单易调整,并能快速使得使展开流线单调光滑。,轴面流线的设计,3.4 CFD流体分析,计算流体力学简称CFD是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科,通过计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上定量描述流场的数值解,从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点,建立了许多理论和方法。为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术。,CFD数值模拟分析步骤,离心泵整机压力分布,局部流场的压力分布会有些波动,但是从总体角度来说,压力分布是比较均匀的,从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大,从蜗壳入口到蜗壳出口也是逐步增大,在蜗壳出口处压力达到最大。,整机流场的速度矢量图,在叶轮出口处附近,流速较大,沿着蜗壳方向速度逐步递减,到出口处速度达到最小值。从叶轮入口到叶轮出口,前后盖板侧的流体速度逐渐增大,在后盖板侧叶轮入口附近,速度矢量的方向和叶轮的转向相反。,4、研究任务及进度情况,研究任务 1.在原有的理论基础上,考虑了离心泵过载问题,完成了离心泵优化数学模型的建立,并利用遗传算法进行了求解,得出优化结构并进行了数值分析。 2.基于Bezier曲线方法确定了离心泵叶片流线,完成离心泵的三维建模。 3.基于Fluent平台对优化前后的离心泵叶片进行压力和相对速度分析,确定离心泵流道内的压力和速度分布。 4.对优化前后的离心泵进行对比分析,确定其优越性。,进度安排 2011.3-2011.4搜集资料,阅读文档,确定具体研究内容。 2011.5熟悉课题要用到的各种开发工具。 2011.6查阅资料完成开题报告。 2011.7-2011.9离心泵优化设计及三维建模。 2011.10-2011.11离心泵流场分析。 2011.12-2012.1优化前后对比。 2012.1-2012.2进一步研究存在的问题。 2012.3-2012.5按要求撰写论文。 2012.6准备论文答辩。,参考文献 [1] 闫永强,梁武科.遗传算法在离心泵叶片优化设计中的应用[J].排灌机械,2004,2225-8 [2] P.R.Khlopenkov. Centrifugal of pump optimization[J].Power Technology and Engineering formerly Hydrotechnical Construction,1982,1610 533-539 [3] 曲延鹏,陈颂英. 低比转速离心泵叶轮几何参数多目标优化[J].山东大学学报,2009,393103-107 [4] 唐卫卫,吕新民,薛子萱.基于遗传算法的离心泵多目标优化[J].农机化研究,2011, 33(4)211-218 [5] 何希杰,朱广奇,劳学苏.遗传算法在离心泵优化设计中的应用[J].排灌机械,2008, 26(2)40-44,[6] 闻建龙,沙毅.无过载超低比转速离心泵水力设计[J]. 江苏大学学报,2003,24620-25 [7] 汪建华,明燕.无过载泵优化设计 [J].江汉石油学院学报,2000,22(2)36-38 [8] 英杰,李续武.MATLAB遗传算法工具箱及应用[M].西安电子科技大学出版社,2005. [9] 关醒凡.现代泵设计手册[M].宇航出版社,1995.9 [10] 刘厚林,谈明高,袁寿其.离心泵圆盘摩擦损失计算[J].农业工程学报,2006, 2212107-109 [11] Liu C,Harley P,Sturgess C E M,Rowe G W.Simulation of the Cold Rolling of strip an Elastic-plactic Finite Element Technique[J].Int.J.Mech , 1985,2711829-839 [12] D.I.Lee and H.C.Lim. Erosion-corrosion damages of water-pump impeller[J]. International Journal of Automotive Technology, 2009, 105629-634,[13] 张佩芳、袁寿其.低比转速离心泵研究现状与发展前景[J].排灌机 械,2003,26(1)25-31 [14]武鹏.王乐勤. 基于内流分析的低比转数离心泵设计与改进[J].化工机械 ,20094 [15]徐伟幸,袁寿其.低比速离心泵叶轮优化设计进展[J].流体机械,2006,3423942. [16] 王洋,蒋其松.两段变曲率叶型离心泵设计研究[J].排灌机械工程学报,2010,28l25一30 [l7]王洋,何文俊.基于FLUENT的无过载离心泵改型及性能预测[J].排灌机械,2009, 272115一 118 [18]周立.基于Fluent锌液泵内部流场数值模拟[JJ.金属材料与冶金工程, 2009,37440一42 [19」Doug iebel.Key centrifugal Pum Pparameters and How They ImPact Your APPlications. PUMPSANDSYSTEMS,20008,感谢各位老师和同学的指导与帮助,THANK YOU,

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