一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统与方法与流程

本发明涉及泵，更具体地说它涉及一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统与方法。

背景技术：

1、大型潜水电泵研究在水利和城市大排水系统领域具有重要意义，进水流道是泵装置中保证进水流态的重要部件，进水流道内的水流状态决定了水泵的吸入条件，进水流道结构参数设计不合理会引起流道内水流出现大尺度回流、漩涡等，而产生的漩涡会直接影响水流流态，导致水泵实际工况点与设计工况点偏离，从而影响水泵运行效率，是大型泵站安全稳定运行的关键问题。

2、在现有技术中，大多数泵站都是通过传感器等作为监测进水流道内的流动状态，通过这种方式采集到的数据与实际数据偏差较大，从而将严重影响到水泵的运行效率，有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，该潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统解决由于进水流道内不良流态造成不利影响的问题，并给出流道最优设计参数，提高潜水轴流泵的水力性能。

2、一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，包括三维建模模块、网络划分模块、数值计算模块、优化设计模块、结果分析模块；所述三维建模模块用于建立进水流道的数字孪生三维模型；所述网络划分模块用于基于所述数字孪生三维模型，建立进水流道的数字孪生网格划分模型；所述数值计算模块用于基于所述数字孪生三维模型、数字孪生网格划分模型，建立进水流道的数字孪生数值计算模型；所述优化设计模块用于基于所述数字孪生数值计算模型，建立进水流道的数字孪生优化方案模型；所述结果分析模块用于基于所述数字孪生三维模型、数字孪生网格划分模型、数字孪生优化方案模型，建立进水流道的数字孪生结果分析模型，所述数字孪生结果分析模型用于通过多种方案组合的数值模拟计算，对进水流道设计参数进行优化。

3、优选地：所述数字孪生三维模型包括数据采集单元和模型构建单元；所述数据采集单元用于收集图纸和/或参数资料，以获取进水流道的几何参数；所述模型构建单元用于对进水流道建模，以基于建立三维模型，构建计算域模型。

4、优选地：所述数字孪生网格划分模型包括网格划分单元和网格无关性分析单元；所述网格划分单元用于将计算区域进行网格剖分，以基于设置网格类型，选择网格数量获得数字孪生网格划分模型；所述网格无关性分析单元用于验证网格数量无关性。

5、优选地：所述数字孪生数值计算模型包括边界条件设置单元、数值计算单元和实验验证单元；所述边界条件设置单元用于设置数值计算中的边界条件；所述数值计算单元用于模拟进水流道内水流参数；所述实验验证单元用于对比分析经所述数值计算单元模拟获得的水流参数，以完成实验验证并选择最优数值模拟方法。

6、优选地：所述数字孪生优化方案模型包括参数组合配置单元、正交试验优化单元和敏感性分析单元；所述参数组合配置单元用于进水流道几何参数的组合配置；所述正交试验优化单元用于将组合配置的进水流道几何参数进行正交试验优化；所述敏感性分析单元用于优化几何参数的组合，以获取核心结合参数。

7、优选地：所述数字孪生结果分析模型包括数值模拟单元和数据处理单元；所述数值模拟单元用于对不同方案组合进行数值模拟计算，分析进水流道内的水流数据，完成流场分析；所述数据处理单元用于根据数值模拟计算的结果确定最优组合，以优化进水流道设计参数，获得确定方案。

8、本申请的第二个目的在于提供一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法，包括如下步骤：

9、步骤1、收集图纸和/或参数资料，以获取进水流道的几何参数；

10、步骤2、对进水流道建模，以建立三维模型；

11、步骤3、基于三维模型，构建计算域模型；

12、步骤4、设置网格类型以及选择网格数量；

13、步骤5、验证网格数量无关性；

14、步骤6、基于网格类型和网格数量生成数字孪生网格划分模型；

15、步骤7、设置数值计算中的边界条件；

16、步骤8、模拟以计算获取进水流道内水流参数；

17、步骤9、对比分析水流参数，并选择最优数值下的模拟方法；

18、步骤10、对进水流道额几何参数进行参数组合配置；

19、步骤11、将组合配置的进水流道几何参数进行正交试验优化；

20、步骤12、优化几何参数的组合，获取核心结合参数；

21、步骤13、对不同方案组合进行数值模拟，并获得模拟计算结果；

22、步骤14、分析进水流道内的水流数据，并基于数值模拟计算的结果确定最优组合；

23、步骤15、优化进水流道设计参数，确定最终方案。

24、优选地：所述几何参数为流道宽度、长度、高度和/或倾角。

25、优选地：所述水流参数为压力、流速、密度、粘度和/或涡度。

26、优选地：所述水流数据为速度分布、内部流动和/或水力损失。

27、通过以上方案可知，本申请提供了一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统与方法，该潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统通过三维建模模块、网络划分模块、数值计算模块、优化设计模块和结果分析模块构建潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，在进水流道的水力设计中实现有效计算模拟下最优设计参数，以达到提供参考和提高潜水轴流泵的水力性能的目的。该潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法通过数据的获取、模型的建立和模型、组合配置优化，从而实现集合参数的组合优化，显著提升优化后的参数组合配置准确性的效果，并基于获取的参数组合配置解决由于进水流道内不良流态造成不利影响的问题，且步骤的操作实施便捷，获取优化设计参数难度低，并具有基于优化设计参数实施后的效果优异的效果。

技术特征：

1.一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：包括三维建模模块、网络划分模块、数值计算模块、优化设计模块、结果分析模块；所述三维建模模块用于建立进水流道的数字孪生三维模型；所述网络划分模块用于基于所述数字孪生三维模型，建立进水流道的数字孪生网格划分模型；所述数值计算模块用于基于所述数字孪生三维模型、数字孪生网格划分模型，建立进水流道的数字孪生数值计算模型；所述优化设计模块用于基于所述数字孪生数值计算模型，建立进水流道的数字孪生优化方案模型；所述结果分析模块用于基于所述数字孪生三维模型、数字孪生网格划分模型、数字孪生优化方案模型，建立进水流道的数字孪生结果分析模型，所述数字孪生结果分析模型用于通过多种方案组合的数值模拟计算，对进水流道设计参数进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：所述数字孪生三维模型包括数据采集单元和模型构建单元；所述数据采集单元用于收集图纸和/或参数资料，以获取进水流道的几何参数；所述模型构建单元用于对进水流道建模，以基于建立三维模型，构建计算域模型。

3.根据权利要求1所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：所述数字孪生网格划分模型包括网格划分单元和网格无关性分析单元；所述网格划分单元用于将计算区域进行网格剖分，以基于设置网格类型，选择网格数量获得数字孪生网格划分模型；所述网格无关性分析单元用于验证网格数量无关性。

4.根据权利要求1所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：所述数字孪生数值计算模型包括边界条件设置单元、数值计算单元和实验验证单元；所述边界条件设置单元用于设置数值计算中的边界条件；所述数值计算单元用于模拟进水流道内水流参数；所述实验验证单元用于对比分析经所述数值计算单元模拟获得的水流参数，以完成实验验证并选择最优数值模拟方法。

5.根据权利要求1所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：所述数字孪生优化方案模型包括参数组合配置单元、正交试验优化单元和敏感性分析单元；所述参数组合配置单元用于进水流道几何参数的组合配置；所述正交试验优化单元用于将组合配置的进水流道几何参数进行正交试验优化；所述敏感性分析单元用于优化几何参数的组合，以获取核心结合参数。

6.根据权利要求1所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统，其特征在于：所述数字孪生结果分析模型包括数值模拟单元和数据处理单元；所述数值模拟单元用于对不同方案组合进行数值模拟计算，分析进水流道内的水流数据，完成流场分析；所述数据处理单元用于根据数值模拟计算的结果确定最优组合，以优化进水流道设计参数，获得确定方案。

7.一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法，其特征在于：所述几何参数为流道宽度、长度、高度和/或倾角。

9.根据权利要求7所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法，其特征在于：所述水流参数为压力、流速、密度、粘度和/或涡度。

10.根据权利要求7所述的一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析方法，其特征在于：所述水流数据为速度分布、内部流动和/或水力损失。

技术总结
本发明公开了一种潜水轴流泵进水流道水力设计和流场分析系统与方法，涉及泵技术领域，其技术方案要点包括三维建模模块、网络划分模块、数值计算模块、优化设计模块、结果分析模块；所述三维建模模块用于建立进水流道的数字孪生三维模型；所述网络划分模块用于建立进水流道的数字孪生网格划分模型；所述数值计算模块用于建立进水流道的数字孪生数值计算模型；所述优化设计模块用于基于建立进水流道的数字孪生优化方案模型；所述结果分析模块用于建立进水流道的数字孪生结果分析模型，所述数字孪生结果分析模型用于对进水流道设计参数进行优化。本发明解决由于进水流道内不良流态造成不利影响的问题，给出最优设计参数，提高潜水轴流泵水力性能。

技术研发人员：白玲,应企春,滕康乐,娄建伟,何强,朱健斌,张伟,张家艮,张明祥
受保护的技术使用者：宁波巨神制泵实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5