1.一种基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,包括以下步骤:步骤1、获得离心泵原泵不同流量点对应的扬程实验测试值、扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值,并写成数据矩阵形式;
根据离心泵原泵设计方案,确定考察的流量范围,分别对原泵方案进行实验测试和计算机仿真,获得考察流量范围内不少于7个不同流量点对应的离心泵原泵的扬程实验测试值、扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值,并将以上获得的所有值写成矩阵形式:式(1)中d0为原泵的数据矩阵,该矩阵中第一行为从小到大排序的离心泵原泵流量值,n为不少于7的正整数,其中Q1和Qn分别为考察流量范围内的最小流量值和最大流量值;第二行至第四行分别是与同列流量值相对应的离心泵原泵的扬程实验测试值、扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值;
步骤2、拟合得到离心泵原泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式,并计算得到离心泵原泵效率最高值及其对应的设计流量;
针对原泵的数据矩阵d0中离心泵原泵不同流量点对应的效率计算机仿真值,基于最小二乘法分别进行一元二次函数拟合,并获得离心泵原泵流量~效率计算机仿真值函数关系式:
2
E(Q)=aQ+bQ+c (2)式(2)中Q为离心泵原泵流量值,E(Q)为流量为Q时的离心泵原泵效率计算机仿真值,a、b、和c分别为拟合得到的离心泵原泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式的二次项系数、一次项系数和常数项;
针对式(2),计算出最高效率点对应的流量值即离心泵原泵流量设计Qd,并计算出离心泵原泵最高效率值Ed:
式(3)中Qd为离心泵原泵的设计流量值,式(4)中Ed为离心泵原泵的最高效率值,式(3)和式(4)中的a、b、和c分别为拟合得到的离心泵原泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式的二次项系数、一次项系数和常数项;
步骤3、以离心泵原泵临界流量值Qm为分隔界限将原泵数据矩阵d0拆分为原泵第一数据矩阵dI和原泵第二数据矩阵dII,并在此基础上获得相对应的原泵第一扬程修正矩阵hI和原泵第二扬程修正矩阵hII;
在原泵数据矩阵d0第一行的流量值中确定离心泵原泵临界流量值Qm,并以离心泵原泵临界流量值Qm为分隔界限将原泵数据矩阵d0拆分为原泵第一数据矩阵dI和原泵第二数据矩阵dII,而数据矩阵中原有的数据排序和数值均保持不变:分别以原泵第一数据矩阵dI和原泵第二数据矩阵dII为基础,计算得到原泵第一扬程修正矩阵hI和原泵第二扬程修正矩阵hII:式(7)和式(8)中的REi和ΔHi分别为原泵效率相对值和原泵扬程修正值,i=1,2,…,m,…,n,原泵效率相对值REi和原泵扬程修正值ΔHi的计算式分别为:ΔHi=HTi‑HSi (10)式(7)中Ed为步骤2得到的原泵最高效率值,Ei为原泵效率计算机仿真值;式(8)中的HTi和HSi分别为原泵扬程实验测试值和原泵扬程计算机仿真值;
步骤4、确定离心泵新泵设计方案,获得离心泵新泵不同流量点对应的扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值,并写成数据矩阵形式;
在离心泵原泵设计方案基础上修改得到离心泵新泵设计方案,新泵设计方案考察的流量范围与原泵保持一致,对离心泵新泵设计方案进行计算机仿真,获得考察流量范围内不少于7个不同流量点对应的离心泵新泵的扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值,并将以上获得的所有值写成矩阵形式:
式(11)中d′0为新泵的数据矩阵,该矩阵中第一行为从小到大排序的离心泵新泵流量值,q为不少于7的正整数,其中Q′1和Q′q分别为考察流量范围内的最小流量值和最大流量值;第二行至第三行分别是与同列流量值相对应的离心泵新泵的扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值;
步骤5、拟合得到离心泵新泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式,并计算得到离心泵新泵效率最高值及其对应的设计流量;
针对离心泵新泵数据矩阵d′0中不同流量点对应的效率计算机仿真值,基于最小二乘法进行一元二次函数拟合,并获得离心泵新泵流量~效率计算机仿真值函数关系式:2
E′(Q′)=a′Q′+b′Q′+c′ (12)式(12)中Q′为离心泵新泵流量值,E′(Q′)为流量为Q′时的离心泵新泵效率仿真计算值,a′、b′、和c′分别为拟合得到的离心泵新泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式的二次项系数、一次项系数和常数项;
针对式(12),计算出最高效率点对应的流量值即离心泵新泵设计流量Q′d,并计算出离心泵新泵最高效率值E′d:
式(13)中Q′d为离心泵新泵的设计流量值,式(14)中E′d为离心泵新泵的最高效率值,式(13)和式(14)中的a′、b′、和c′分别为本步骤拟合得到的离心泵新泵流量~效率计算机仿真值一元二次函数关系式的二次项系数、一次项系数和常数项;
步骤6、以离心泵新泵临界流量值Q′p为分隔界限将新泵数据矩阵d′0拆分,并补充效率相对值数据形成新泵第一数据矩阵d′Ι和新泵第二数据矩阵d′ΙΙ;
在新泵数据矩阵d′0第一行的流量值中确定临界流量值Q′p,以临界流量值Q′p为分隔界限将新泵数据矩阵d′0拆分,并对拆分后的两个数据矩阵补充效率相对值数据后形成新泵第一数据矩阵d′Ι和新泵第二数据矩阵d′ΙΙ,而数据矩阵中原有的数据排序和数值均保持不变:
式(15)和式(16)中最后一行的RE′i为新泵效率相对值,i=1,2,…,p,…,q,RE′i是在新泵数据矩阵d′0拆分后的基础上进一步补充的数据,新泵效率相对值RE′i的计算式分别为:式(17)中E′d为步骤5得到的新泵最高效率值,E′i为新泵效率计算机仿真值;
步骤7、计算得到新泵第一扬程修正矩阵和新泵第二扬程修正矩阵,并最终获得新泵扬程预测矩阵,拟合得到新泵流量~扬程预测值函数关系式;
根据步骤3获得的原泵第一扬程修正矩阵hI和步骤6获得的新泵第一数据矩阵d′Ι,计算得到新泵第一扬程修正矩阵h′Ι:
式(18)中,新泵第一扬程修正矩阵h′Ι第二行的ΔH′i为新泵扬程修正值,i=1,2,…,p;
根据步骤3获得的原泵第二扬程修正矩阵hII和步骤6获得的新泵第二扬程预测矩阵d′ΙΙ,计算得到新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ:式(19)中,新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ第二行的ΔH′i为新泵扬程修正值,i=p+1,p+
2,…,q;
由新泵第一扬程修正矩阵h′Ι和步骤6获得的新泵第一数据矩阵d′Ι计算得到新泵第一扬程预测矩阵yh′Ι:
式(20)中最后一行的YH′i为新泵扬程预测值,i=1,2,…,p,由同流量下对应的新泵第一扬程修正矩阵h′Ι中的新泵扬程修正值ΔH′i和新泵第一数据矩阵d′Ι中的新泵扬程计算机仿真值H′Si相加得到:
YH′i=ΔH′i+H′Si (21)由新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ和步骤6获得的新泵第二数据矩阵d′ΙΙ计算得到新泵第二扬程预测矩阵yh′ΙΙ:
式(22)中最后一行的YH′i为新泵扬程预测值,i=p+1,p+2,…,q,由同流量下对应的新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ中的新泵扬程修正值ΔH′i和新泵第二数据矩阵d′ΙΙ中的新泵扬程计算机仿真值H′Si相加得到;
将新泵第一扬程预测矩阵yh′Ι和新泵第二扬程预测矩阵yh′ΙΙ横向合并为新泵扬程预测矩阵yh′:
式(23)中第一行为新泵的流量值,第二行是与第一行的流量值相对应的新泵的扬程预测值;
针对式(23)新泵扬程预测矩阵yh′中离心泵新泵不同流量点对应的扬程预测值,基于最小二乘法分别进行一元二次函数拟合,并获得离心泵新泵流量~扬程预测值函数关系式:
2
YH′(Q′)=a″Q′+b″Q′+c″ (24)式(24)中Q′为离心泵新泵流量值,H′(Q′)为流量为Q′时的离心泵新泵扬程预测值,a″、b″、和c″分别为拟合得到的离心泵新泵流量~扬程预测值一元二次函数关系式的二次项系数、一次项系数和常数项。
2.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤1或步骤4中离心泵原泵或新泵设计方案,包括离心泵的几何形状和尺寸、额定转速、叶轮旋转方向、运行流量范围这些信息。
3.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤1中离心泵原泵扬程实验测试值的获取包括如下步骤:步骤S1:根据离心泵原泵设计方案,加工制作离心泵实物,并将离心泵实物安装至离心泵水力性能测试台;
步骤S2:在离心泵水力性能测试台上,调节离心泵出口管道阀门设置离心泵运行流量为其考察的最小流量值Q1,记录该流量值下离心泵的进口压力和出口压力,并由进出口压差再加上离心泵进出口面的中心高度差得到离心泵的扬程实验测试值;
步骤S3:增大离心泵出口管道阀门开度,适当增大离心泵运行流量值,记录该流量值下离心泵的进口压力和出口压力,并由进出口压差再加上离心泵进出口面的中心高度差得到离心泵的扬程实验测试值;
步骤S4:重复步骤S3至少5次,直至获得考察的最大流量值Qn所对应的离心泵的扬程实验测试值。
4.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤1中离心泵原泵的扬程计算机仿真值和效率计算机仿真值的获取包括如下步骤:步骤O1:根据离心泵原泵设计方案,绘制离心泵水体部分三维几何图,并划分数值仿真用网格;
步骤O2:将离心泵数值仿真用网格导入计算流体力学软件,设置通过离心泵的流量为其考察的最小流量值Q1,添加离心泵额定转速和叶轮旋转方向这两方面必要信息,采用有限体积法进行迭代计算,基于计算结果读出离心泵进口压力、出口压力和主轴扭矩,由离心泵进出口压差再加上离心泵进出口面的中心高度差得到离心泵的扬程计算机仿真值,由主轴扭矩、额定转速、流量和扬程计算机仿真值计算该运行流量点下离心泵的效率值;
步骤O3:调整计算流体力学软件设置,适当增大通过离心泵的流量值,添加离心泵额定转速和叶轮旋转方向这两方面必要信息,采用有限体积法进行迭代计算,基于计算结果读出离心泵进口压力、出口压力和主轴扭矩,由离心泵进出口压差再加上离心泵进出口面的中心高度差得到离心泵的扬程计算机仿真值,由主轴扭矩、额定转速、流量和扬程计算机仿真值计算该运行流量点下离心泵的效率值;
步骤O4:重复步骤O3至少5次,直至获得考察的最大流量值Qn所对应的离心泵的扬程值和效率值。
5.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤3中离心泵原泵临界流量值Qm是原泵数据矩阵d0第一行中满足如下条件的某一个具有唯一性的流量值:Qm≤Qd且Qm+1>Qd,其中Qd为步骤3确定的离心泵原泵的设计流量值,Qm+1是原泵数据矩阵d0第一行中Qm右侧相邻的流量值。
6.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤6中离心泵新泵临界流量值Q′p是新泵数据矩阵d′0第一行中满足如下条件的某一个具有唯一性的流量值:Q′p≤Q′d且Q′p+1>Q′d,其中Q′d为步骤5确定的离心泵新泵的设计流量值,Q′p+1是新泵数据矩阵d′0第一行中Q′p右侧相邻的流量值。
7.权利要求1所述的基于仿真结果修正的离心泵扬程值预测方法,其特征在于,所述步骤7中新泵第一扬程修正矩阵h′Ι或新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ中的新泵扬程修正值ΔH′i,i=1,2,…,p或i=p+1,p+2,…,q,由新泵第一数据矩阵d′Ι或新泵第二数据矩阵d′ΙΙ与原泵第一扬程修正矩阵hI或原泵第二扬程修正矩阵hII中的相关数据经过插值运算得到:式(25)中ΔH′i为新泵第一扬程修正矩阵h′Ι或新泵第二扬程修正矩阵h′ΙΙ中与流量Q′i对应的新泵扬程修正值,i=1,2,…,p或i=p+1,p+2,…,q,RE′i为新泵第一数据矩阵d′Ι或新泵第二数据矩阵d′ΙΙ中流量Q′i对应的新泵效率相对值,REf和REg分别为原泵第一扬程修正矩阵hI或原泵第二扬程修正矩阵hII中与RE′i相差最小和相差第二小的两个原泵效率相对值,ΔHf和ΔHg分别为原泵第一扬程修正矩阵hI或原泵第二扬程修正矩阵hII中与REf和REg相对应的原泵扬程修正值。