离心泵水力性能数值预测

基于ＢＰ神经网络的离心泵的性能预测＊姚一富１江亲瑜１何荣国１徐万平２（１大连大学机械工程学院，大连１１６６２２）（２大连鸿泽泵业有限公司，大连１１６０３１）ＰｒｅｄｉｃｔｉｎｇｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｓｉｎｇＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓＹＡＯＹｉ－ｆｕ１，ＪＩＡＮＧＱｉｎ－ｙｕ１，ＨＥＲｏｎｇ－ｇｕｏ１，ＸＵＷａｎ－ｐｉｎｇ２（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６２２，Ｃｈｉｎａ）（２ＤａｌｉａｎＨｏｎｇｚｅＰｕｍｐＣｏ．Ｌｔｄ，Ｄａｌｉａｎ１１６０３１，Ｃｈｉｎａ）文章编号：１００１－３９９７（２００８）１０－００７３－０２【摘要】针对离心泵性能实测过程繁琐费用昂贵以及鉴于神经网络在非线性系统映射的优越性，提出利用神经网络中的ＢＰ网络模型来预测离心泵的性能，并用Ｍａｔｌａｂ７对一系列的离心泵进行性能预测。

预测结果表明：神经网络可以实现对离心泵性能的精确预测并用于实际应用。

关键词：离心泵；神经网络；ＢＰ网络模型；性能预测【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｃｏｓｔｌｉｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔａｎｄｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒａｄｖａｎｔａｇｅａｂｏｕｔｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ，ｉｔｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｓｉｎｇＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｐｕｔｉｎｔｏｐｒａｃｔｉｃｅｕｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｅｄｔｏｔｈｅｎｅｅｄｏｆｐｒｏｊｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；Ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ＢＰｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ；Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!"＊来稿日期：２００７－１２－１７＊基金项目：大连市科技计划资助项目（２００５Ａ１０ＧＸ１０８）中图分类号：ＴＨ３１１文献标识码：Ａｘ１ｘ２ｘｎｙ１ｙ２ｙｍ………………………泵内的实际流动规律很复杂，远没有被人们所认识［１］。

多级离心泵内部流动分析及性能预测多级离心泵是一种常用的流体输送设备，其主要用途是将液体从低压区域输送到高压区域。

在液体通过离心泵的过程中，内部流动情况对泵的性能有着重要影响，因此掌握离心泵内部流动的分析方法是十分必要的。

本文将介绍多级离心泵内部流动的分析方法并进行性能预测。

多级离心泵的内部流动是由于泵叶轮的旋转而产生的，液体在叶轮的作用下被加速并转换成压能。

在泵的设计过程中，需要对泵叶轮进行流场分析，以确定叶轮的形状和尺寸，以及流量、扬程等性能参数。

多级离心泵的内部流动分析可以采用CFD仿真方法。

CFD（Computational Fluid Dynamics）是一种利用数值方法对流体力学问题进行计算的技术。

通过建立离散控制方程组，以流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程为基础，计算得到流体的速度、压力、温度等参数，从而分析流场的分布及特性。

在多级离心泵的内部流动分析中，首先需要确定物理模型和边界条件。

物理模型是指对泵的几何结构进行建模，包括叶轮、壳体、进出口管道等部分。

边界条件是指在模拟计算中给定的入口速度、压力，以及设定的泵的工作状态等参数。

在进行内部流动的仿真计算时，需要将流体分为网格化的小单元，通过计算流体在每个小单元中的速度、压力、温度等参数，并应用控制方程进行迭代计算，最终得到整体的流场分布。

根据得到的流场分布，可以分析叶轮的受力情况、流线分布等，找出存在的不足之处，并进行修正和改进。

通过内部流动分析得到的结果，可以预测多级离心泵的性能。

性能参数包括流量、扬程、效率等，通过计算流体在泵中的各个位置的速度、压力等参数，并结合泵的几何结构和运行状态，可以计算得到泵的性能参数。

根据性能参数可以评价泵的工作状态是否满足要求，并进行性能优化的设计。

多级离心泵内部流动的分析及性能预测是一项复杂而重要的工作。

通过CFD仿真方法可以对内部流场进行分析，并预测泵的性能参数。

这对于泵的设计和优化具有重要意义，可以提高泵的工作效率和可靠性。

多级离心泵内部流动分析及性能预测多级离心泵是一种常见的机械设备，广泛应用于各种工业领域。

其工作原理是通过离心力将液体从低压区域推到高压区域。

因为多级离心泵通常由多个离心叶轮和导流管组成，因此其内部流动复杂。

了解多级离心泵内部流动情况以及性能预测对于泵的设计和运行至关重要。

本文将对多级离心泵内部流动分析及性能预测进行探讨。

多级离心泵是由多个叶轮和导流管组成的。

每一级离心泵中，液体经过转子和导叶轮进行加速，然后流经排水室和下一个级别的转子和导叶轮，最终到达出口。

在离心泵中，液体流动的复杂性使其具有一些独特的特点。

例如，流体在叶片上的加速度不是均匀的，叶片所受的流体作用力也不是相同的。

这些特点极大地影响了液体在泵内流动时的行为。

为了实现多级离心泵优化设计和效率提升，泵的性能预测是必要的。

泵的性能预测包括计算泵的设计工况和运行工况下的性能参数，如扬程、流量和效率。

严格的性能分析能够确保泵的高速运转在其设计要求之内。

泵的性能预测方法可分为以下两种：1.基于实验：基于实验的性能预测是通过实验来确定泵的工作参数的。

实验需要选择一组标准测试条件，对泵进行一系列试验，例如流量、扬程、效率和功率等。

实验的数据可以用来确定泵的性能曲线。

2.基于数值计算：基于数值计算的性能预测使用计算流体力学（CFD）等数值计算方法，通过对流场和叶轮进行数值模拟，得到泵的性能参数。

与实验方法相比，基于数值计算的方法具有更高的精度和更低的成本。

但是，计算结果取决于模拟的准确性和方法的选择。

总之，多级离心泵的内部流动分析和性能预测是泵设计和运行的关键问题。

该问题的正确解决可以提高泵的效率和稳定性，降低成本和能耗。

离心泵的水力设计和数值模拟讲解离心泵是一种常见的水力机械设备，广泛应用于工业和民用领域。

它的水力设计和数值模拟是对离心泵性能进行优化和改进的重要手段。

下面将从离心泵的水力设计和数值模拟两个方面进行详细讲解。

一、离心泵的水力设计1.流量设计：离心泵的流量设计是以工程要求的流量为基础，通过水力模型试验或数值模拟等方法确定。

流量是衡量离心泵工作效果的重要指标，也是确定泵的尺寸和形式的基础。

2.扬程设计：扬程是指离心泵能够将液体抬升的高度。

在水力设计中，扬程是根据所需扬程和流量来确定的。

扬程的大小取决于泵的尺寸、转速、叶轮形状等因素。

3.效率设计：离心泵的效率是指泵所传递的水功率与泵所消耗的机械功率的比值。

效率的高低直接影响到泵的能耗和使用成本。

在水力设计中，需要根据工程要求和经济性考虑，确定合适的效率。

4.功率设计：离心泵的功率设计是指根据所需流量、扬程和效率来确定泵的功率。

功率是决定泵的动力系统和选型的重要参数，需要根据泵的工作条件和性能曲线来确定。

二、离心泵的数值模拟离心泵的数值模拟是利用计算机技术对泵的内部流动进行仿真模拟，以获得流场信息、压力分布和效率等参数。

数值模拟可以帮助优化和改善泵的性能、减少试验成本和时间。

1.建立几何模型：离心泵的数值模拟首先需要建立一个几何模型。

几何模型包括泵的内外部结构、叶轮的形状和尺寸等。

通过CAD软件等工具进行建模，得到几何模型的三维模型。

2.网格划分：在几何模型的基础上，需要对计算域进行网格划分。

网格划分是将计算域划分成小区域，以便对流动进行离散化计算。

合理的网格划分能够保证计算结果的准确性和稳定性。

3.数值计算：数值计算是指通过数值方法对流体的动力学方程进行求解，得到流场信息和参数分布。

常用的数值求解方法包括有限体积法、有限元法和离散元法等。

通过将流场方程离散化为代数方程组，使用求解器进行求解，得到结果。

4.结果分析与优化：得到数值模拟结果后，可以对流场、压力分布、速度分布等进行分析和评价。

水力损失法的研究泵的损失分别为机械损失、容积损失和水力损失。

由于泵中的流动比较复杂，到目前为止，还不能从理论上精确计算泵内的各种损失，尤其是水力损失的估算更加困难。

目前估算损失的方法，主要有能量平衡试验和半理论半经验公式。

各种损失的正确计算是准确预测泵性能的基础。

§2.1 滑移系数与理论扬程2.1.1 滑移系数定义目前研究流体机械通常都采用一元理论，即假设叶片无限多无限薄。

但实际上叶轮叶片数是有限的。

液体在有限叶片数叶轮和无限叶片数叶轮中的流动状态差别特别大。

叶片无限多时叶轮内任意点的相对速度方向与该处的叶片表面切线方向一致，而有限叶片数时相对速度则会产生滑移，造成液体在出口处旋转不足，因此两种情况下叶轮的理论扬程也不相同。

一般通过滑移系数来处理两者间的差值，关于滑移系数的定义主要有以下两种。

（1）斯托道拉 (Stodola)滑移系数222u v u u ∆-=σ (2-1)Δv u2 — 叶片无限多和有限叶片数时出口速度圆周分量的差值（2）普夫莱德尔公式(Pfleiderer)滑移系数∞=σt t H H (2-2)2.1.2 滑移系数公式对离心泵而言，现有的理论扬程修正系数即滑移系数的公式非常多，但主要有下面四个公式[13 , 47]：（1）斯托道拉公式(Stodola)2sin 1βπσzs-=（2-3）（2）威斯奈公式(Weisner)7.02sin 1zv βσ-= （2-4）（3）普夫莱德尔公式(Pfleiderer)P+=11σ 式中2122222R R R z P -=ψ，其中 )601(2βψ+=a （2-5）式中：a — 与泵结构形式有关的经验系数 R 1、R 2 — 叶轮进出口半径 （4）斯基克钦公式(Stechkin)P+=11σ 式中2122222R R R z P -=ψ，其中 3π=ψ （2-6）由于普夫莱德尔公式中的经验系数很难确定，故其实际应用很少。

由式（2-5）和（2-6）可知，斯基克钦公式是对普夫莱德尔公式的一个改进，即取3/π=ψ，这样使其更容易应用。

离心泵性能预测模型的研究离心泵是一种广泛应用于工业、农业和城市供水等领域的流体设备。

然而，由于离心泵的性质非常复杂，具有多个参数和变量，因此离心泵的性能预测一直是研究者们关注的焦点。

要预测离心泵的性能，必须先了解离心泵的工作原理。

离心泵包括一个旋转叶轮和一个定向蜗壳。

当水流通过叶轮时，叶轮旋转将水流加速，形成一股向外的离心力，从而将水压缩。

水流接着通过蜗壳，从而引起水流的变化和增加水的压力。

根据前述工作原理，离心泵的性能可以通过以下参数来描述：流量、扬程和效率。

其中流量表示单位时间内，流体通过泵的体积。

扬程表示水能被泵送到高度的最大距离，它是成为泵能力和选择性能中的一个重要指标。

效率则表示泵能量的利用率。

这些参数是测定离心泵性能的关键因素，预测离心泵性能就要利用这些因素进行建模。

离心泵性能的预测模型大致分为两类：基于实验的模型和基于计算的模型。

基于实验模型通常采用物理实验和试验数据来进行建模，而基于计算模型则使用计算机模拟离心泵系统。

下面我们将介绍这两种类型的模型。

一、基于实验的模型早期的离心泵性能预测模型最初来源于实验研究。

物理实验模型利用缩小比例的离心泵模型来进行实验室检测。

通过插入压力传感器、流量计和功率电表等测量设备以观察泵的性能，并根据样本数据建立预测模型。

实验数据处理可以使用多元回归方法或者神经网络模型等多种技术。

实验室试验检测离心泵性能的优点在于实验数据的准确性较高，可以求得不同参数下离心泵的性能和稳定性。

但是，物理试验建模的缺点在于需要实验数据的真实性验证、试验设备的精度以及实验周期和费用。

此外，人为因素也可能会影响实验结果。

因此，虽然物理实验模型在离心泵性能预测中得到广泛应用，但是比较麻烦和昂贵。

二、基于计算的模型计算方法是一种并不需要试验数据进行预测的预测技术。

通过基于计算机的模拟和建模，采用CFD (流体力学)等计算模型处理离心泵的流动问题，建立数值预测模型。

这种方法的建模过程不需要额外的费用和试验的反复测量，能够保证足够的准确度，因此在预测离心泵性能上得到了广泛应用。

江苏大学硕士学位论文第一章绪论１．１课题研究背景和意义能源工业是国民经济的重要产业，也是技术要求很高的产业。

未来能源技术制高点的主要特点为安全、高效、低碳。

我国不可再生能源生产量和消费量均已居世界前列，虽然我国能源资源量大，但是在能源供给和利用方面存在很多问题，如能源结构不合理、能源效率低、可再生能源利用率比例低、能源安全水平需要进一步提高等。

总体上讲，我国能源工业大而不强，与发达国家相比，在消费结构需要优化，在体制机制方面需要完善改进，科技水平需要提高。

《国家能源科技“十二五＂规划（２０１１．２０１５）））分析了能源科技发展形势，以加快转变能源发展方式为主线，以增强自主创新能力为着力点，充分提高能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的束缚可以运用科技，对能源资源进行有效的开发，着重发展和应用可再生能源技术，推动能源生产和利用方式的变革。

随着经济社会的发展，人们使用能源特别是化石能源越来越多，能源对经济社会发展的制约日益突出，对赖以生存的自然环境的影响也越来越大，而化石能源最终将消耗殆尽。

因此，提高能源利用效率、调整能源结构、开发和利用可再生能源将是能源发展的必然选择。

我国十二五规划提出节能减排目标为单位国内生产总值能耗降１６％。

为了实现这个目标，要求我们在生活和生产中挖掘富余能源，积极开展节能技术及其装置的研究。

在我国大部分的石油化工、炼油、化肥、海水淡化等生产企业存在大量高压流体通过减压阀减压到低压或者直接排放的现象。

文献【１】中，加氢裂化和渣油加氢装置中热高压分离器液相物流降压后进入热低压分离器的降压区，压差通常在１４。

１５ＭＰａ，高压循环氢脱硫塔塔底富胺物流降压区压差为１４。

１６ＭＰａ；文献【２】中指出在合成氨精炼工段中有１２ＭＰａ压力的废铜液由节流减压降到０．４ＭＰａ；文献【３】指出在海水淡化系统中从膜器中排放的废浓盐水压力高达５．５—６．ＯＭＰａ。

假如我们能对这部分工业生产余能进行回收利用，那么对于企业来说产生的效益是十分可观的。

多级离心泵内部流动分析及性能预测
离心泵是一种常见的流体传动设备，广泛应用于各个领域中。

离心泵的主要工作原理是通过转子叶片的旋转，使流体产生离心力，从而增加流体的动能，并将流体高速射入出口管道。

离心泵内部流动分析主要包括三个部分：叶轮进口流动、叶轮内部流动和叶轮出口流动。

叶轮进口流动是指进口流体在叶轮进口处的流动情况，主要涉及流体的速度分布和压力分布。

叶轮内部流动是指叶轮叶片内部的流动情况，包括流体的流速、静压、动压等参数的变化。

叶轮出口流动是指流体从叶轮出口进入出口管道的流动情况，主要涉及出口流体的速度分布和压力分布。

离心泵的性能预测是指根据泵的设计参数和运行条件，通过数学模型和计算方法，预测泵的性能指标，如流量、扬程、效率等。

性能预测主要依靠流体力学理论和实验数据，在泵的设计和优化中起到重要作用。

常用的性能预测方法有理论分析法、实验测量法和计算机仿真法。

离心泵内部流动分析和性能预测对于泵的设计和优化具有重要意义。

内部流动分析可以帮助了解离心泵内部流体的运动规律，为泵的设计提供参考；性能预测可以帮助预测泵的工作性能，指导泵的选择和使用。

通过内部流动分析和性能预测，可以提高泵的效率、降低能耗，提高设备的可靠性和使用寿命。

需要注意的是，离心泵的内部流动分析和性能预测是一个复杂的过程，需要考虑多种因素，如流体的物性参数、叶轮的几何形状、叶轮的转速、进出口流动的边界条件等。

在进行分析和预测时，需要综合运用理论分析、实验数据和计算模拟等方法，以提高分析和预测的准确性和可靠性。

多级离心泵内部流动分析及性能预测多级离心泵是一种广泛应用于工业领域的流体输送设备，其内部流动对其性能有着重要影响。

本文将介绍多级离心泵内部流动分析的方法，并说明如何利用分析结果预测泵的性能。

多级离心泵由多个轴向相连的离心泵级组成，每个离心泵级由两个主要部分组成：叶轮和蜗壳。

流体通过泵底部的吸入口进入叶轮，然后通过叶轮的旋转运动被强迫向外移动，并进入相邻的叶轮。

这种多级流动使得流体能够逐级增加压力和流速，从而实现流体输送。

在进行多级离心泵内部流动分析时，我们可以使用计算流体力学（CFD）方法。

CFD是运用数值方法对流体流动行为进行模拟和分析的一种方法。

通过将多级离心泵的几何形状和边界条件输入CFD软件，可以模拟泵内流体的运动和压力分布。

在分析多级离心泵的内部流动时，主要关注以下几个方面：流体速度分布、压力分布、流量分布和叶轮效率。

通过分析这些参数，可以评估泵的性能和流体输送能力。

根据流体速度分布可以确定流体在泵内的流线和涡旋情况。

流体速度分布直接影响泵的输送能力和效率。

较高的流速将提高泵的输送能力，但也会增加泵的能耗。

流体速度分布还可以帮助检测泵内可能存在的漩涡和涡流，这些可能会影响泵的性能和寿命。

压力分布可以用来评估泵的压力增益和压力损失。

泵将流体从低压区域输送到高压区域，压力分布可以显示泵内流体在各个级别的压力增益情况。

压力损失主要发生在流体通过各个叶轮和蜗壳的过程中，通过研究压力分布可以识别可能存在的压力损失点，并优化设计来减小压力损失。

流量分布则用于评估泵的输送能力和流体分布均匀性。

流量分布越均匀，泵的性能越稳定和可靠。

如果存在流量分布不均匀的情况，可能会导致某些叶轮受到过载或流量倒灌的问题，从而降低泵的效率和寿命。

叶轮效率是泵性能的关键指标之一。

叶轮效率是指通过计算输入功率和输出功率的比值来衡量泵的利用率。

叶轮效率可以通过分析流体力学参数和泵的负荷特性来预测和优化。