本發(fā)明涉及一種泵的設(shè)計(jì)方法，特別涉及一種高效造紙工藝流程泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
造紙工藝流程泵廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)料漿輸送流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，是制漿、造紙工藝過(guò)程的核心動(dòng)力循環(huán)設(shè)備。在攻擂紙漿泵中，以覆蓋制漿濃度5%-13%的工藝流程泵用量最大，技術(shù)要求最高，基本被國(guó)外泵企業(yè)壟斷。
景觀國(guó)內(nèi)油管企業(yè)通過(guò)單件仿制開(kāi)發(fā)可個(gè)別單一的產(chǎn)品，但仍不能占領(lǐng)主流市場(chǎng)，在國(guó)際上也只有少數(shù)企業(yè)真正具備成套設(shè)備的技術(shù)解決方案和產(chǎn)品供應(yīng)能力；其原因是造紙工藝流程泵的紙漿濃度高，介質(zhì)為非牛頓流體，工藝要求高、湍流發(fā)生器和葉片設(shè)計(jì)難度大、研制成本高。
綜上所述，繼續(xù)研發(fā)一種高效造紙工藝流程泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，目的在于提供一種采用纖維顆粒-流場(chǎng)雙向耦合技術(shù)提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合CAD系統(tǒng)、CFD模擬得出一種高效造紙工藝流程泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行：
1）基于纖維懸浮流的高效水利模型設(shè)計(jì)技術(shù)的研究：
a）首先根據(jù)典型的造紙工藝流程泵的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)包括葉輪進(jìn)口直徑、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片數(shù)、前后蓋板的幾何形狀參數(shù)，根據(jù)不同的參數(shù)組合設(shè)計(jì)相應(yīng)的葉輪模型；其次劃分葉輪通道的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展葉輪內(nèi)的纖維顆粒-流場(chǎng)雙向耦合數(shù)值計(jì)算；接著進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果分析研究，掌握葉輪幾何參數(shù)與流場(chǎng)特征之間的影響關(guān)系，為優(yōu)化研究確定若干的影響幾何因素；
b）在上述基礎(chǔ)上，總結(jié)和形成影響含纖維顆粒造紙介質(zhì)輸送過(guò)程的技術(shù)特征，分析和掌握影響流動(dòng)輸送過(guò)程的影響因素，確定后續(xù)葉輪優(yōu)化的相關(guān)幾何參數(shù)，為后續(xù)的模型開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供參數(shù)組合；
2）高效模型的參數(shù)化水力涉及CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)：選擇Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)化建模，形成高效模型參數(shù)化水力設(shè)計(jì)CAD軟件包；
3）水力模型的CFD仿真優(yōu)化研究：
a)以CAD軟件為技術(shù)平臺(tái)，建立葉輪進(jìn)出口直徑、葉輪出口寬度、葉輪前后蓋板型線尺寸等參數(shù)組合，建立正交試驗(yàn)表，根據(jù)每個(gè)型號(hào)的設(shè)計(jì)參數(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的水力模型，再由Pro/Engineer將生成的模型平面圖繪制出葉輪的三維模型圖，并進(jìn)行處理后交由下一步的CFD模擬環(huán)節(jié)完成仿真計(jì)算；
b)采用前處理與建模Ansys Workbench軟件平臺(tái)，將第一階段生成的一系列三維模型導(dǎo)入，通過(guò)布爾運(yùn)算獲得流動(dòng)區(qū)域三維實(shí)體，再經(jīng)過(guò)IECM CFD模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查；將網(wǎng)格導(dǎo)入到CFD計(jì)算分析模塊Fluent及CFX模塊，設(shè)置初始及邊界條件；完成設(shè)置后利用計(jì)算工作站進(jìn)行模擬計(jì)算；
c）將每個(gè)型號(hào)的泵模擬結(jié)果進(jìn)行保存和分析處理，整理出對(duì)應(yīng)的流量、揚(yáng)程、功率及效率參數(shù)，然后將這些參數(shù)歸入正交表，進(jìn)行對(duì)比篩選，篩選中在流量揚(yáng)程都達(dá)到指定要求的條件下，優(yōu)選出最高效的水力模型。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明涉及造紙工藝流程泵系統(tǒng)的高效節(jié)能作為核心指標(biāo)，研究造成造紙工藝流程泵流動(dòng)損失的主要因素；通過(guò)內(nèi)部流動(dòng)的研究分析，掌握上述因素于涉及參數(shù)間的影響關(guān)系，建立對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方法、研制水力模型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、配套關(guān)聯(lián)的工藝流程、以及后續(xù)的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)；最后開(kāi)展模型的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，通過(guò)CFD模擬優(yōu)化逐一進(jìn)行刪選，獲得最優(yōu)模型，整個(gè)技術(shù)的研究將有效的解決造紙工藝流程泵輸送過(guò)程的堵塞和高能耗問(wèn)題。
具體實(shí)施方式
按照以下步驟進(jìn)行：
1）基于纖維懸浮流的高效水利模型設(shè)計(jì)技術(shù)的研究：
a）首先根據(jù)典型的造紙工藝流程泵的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)包括葉輪進(jìn)口直徑、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度、葉片數(shù)、前后蓋板的幾何形狀參數(shù)，根據(jù)不同的參數(shù)組合設(shè)計(jì)相應(yīng)的葉輪模型；其次劃分葉輪通道的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展葉輪內(nèi)的纖維顆粒-流場(chǎng)雙向耦合數(shù)值計(jì)算；接著進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果分析研究，掌握葉輪幾何參數(shù)與流場(chǎng)特征之間的影響關(guān)系，為優(yōu)化研究確定若干的影響幾何因素；
b）在上述基礎(chǔ)上，總結(jié)和形成影響含纖維顆粒造紙介質(zhì)輸送過(guò)程的技術(shù)特征，分析和掌握影響流動(dòng)輸送過(guò)程的影響因素，確定后續(xù)葉輪優(yōu)化的相關(guān)幾何參數(shù)，為后續(xù)的模型開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供參數(shù)組合；
2）高效模型的參數(shù)化水力涉及CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)：選擇Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)化建模，形成高效模型參數(shù)化水力設(shè)計(jì)CAD軟件包；
3）水力模型的CFD仿真優(yōu)化研究：
a)以CAD軟件為技術(shù)平臺(tái)，建立葉輪進(jìn)出口直徑、葉輪出口寬度、葉輪前后蓋板型線尺寸等參數(shù)組合，建立正交試驗(yàn)表，根據(jù)每個(gè)型號(hào)的設(shè)計(jì)參數(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的水力模型，再由Pro/Engineer將生成的模型平面圖繪制出葉輪的三維模型圖，并進(jìn)行處理后交由下一步的CFD模擬環(huán)節(jié)完成仿真計(jì)算；
b)采用前處理與建模Ansys Workbench軟件平臺(tái)，將第一階段生成的一系列三維模型導(dǎo)入，通過(guò)布爾運(yùn)算獲得流動(dòng)區(qū)域三維實(shí)體，再經(jīng)過(guò)IECM CFD模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查；將網(wǎng)格導(dǎo)入到CFD計(jì)算分析模塊Fluent及CFX模塊，設(shè)置初始及邊界條件；完成設(shè)置后利用計(jì)算工作站進(jìn)行模擬計(jì)算；
c）將每個(gè)型號(hào)的泵模擬結(jié)果進(jìn)行保存和分析處理，整理出對(duì)應(yīng)的流量、揚(yáng)程、功率及效率參數(shù)，然后將這些參數(shù)歸入正交表，進(jìn)行對(duì)比篩選，篩選中在流量揚(yáng)程都達(dá)到指定要求的條件下，優(yōu)選出最高效的水力模型。