参数化造型软件对正交试验方案进行长叶片开槽设计

将各方案的三维实体模型导入ICEMCFD进行网格剖分，再利用大型数值模拟软件CFX进行三维湍流数值模拟计算。正交试验的计算工况为设计工况，质量分析指标取水泵效率。对正交试验结果的分析方法一般包括方差分析法、回归分析法和极差分析法。方差分析是把试验观测数据总的波动分解为反映试验误差引起的波动和反映因素水平变化引起的波动两部分，然后比较它们之间的平均波动，得出各因素对指标影响作用的效果是否显著的结论。对试验结果分析中，把观测到的数据和总偏差（ssT)分解为能够反映偶然性的误差偏差平方和（sse)与反映必然性的各个因素的偏差平方和（SSA,SSB，SSC)，并比较它们的平均偏差平方和，以找出对试验观测数据起到决定性影响作用的因素作为进行定量分析的判据。方差分析能够为数据分析提供一个标准，判断各因素对结果影响的作用的显著程度。回归分析法是以大量的试验数据为基础，利用数理统计寻找变量与试验指标之间的函数关系，建立相关变量之间的数学表达式即回归方程，并对方程的可靠度进行统计检验。回归分析法要求试验中分析的影响因素要全面，试验数据要求量比较大，因此，回归分析法从具体操作上来讲相对比较繁琐。极差分析法又称为直观分析法，它能够将因素中对指标影响程度进行排序，并找出最优的因素组合，其最大的优点就是简单直观。

本文中采用极差分析法，以设计工况下的效率为单一指标，华全水泵厂分析各因素对效率指标影响的主次顺序，明确哪个因素是主要因素，哪个因素是次要因素；考察每个因素各取什么水平才能达到指标要求，找出优化方案；分析因素与指标的关系，找出指标随因素变化的规律和趋势。对于设计工况下水栗效率影响程度最大的因素为叶片开槽的位置，而且从三张表中都反映出的规律。这说明在叶片开槽位置这一因素上随着水平数的增加（开槽位置直径增大）效率呈减小趋势，所以开槽位置直径越小效率越高。

叶轮开槽因素与效率指标关系趋势图，其清楚地反映了每个因素对试验指标的影响规律，并可以找出最优方案组合。综合三副图的A因素可以发现随着水平数的增加效率呈下降趋势，而且下降趋势明显。B因素跟试验指标之间没有明显的规律。C因素对试验指标的影响规律也是随着水平数的增加效率呈下降趋势，但是这种趋势不如A因素明显，由此说明了A因素是三个因素中对设计工况下效率影响最显著因素。所以对于A因素对试验指标的影响问题成为最主要的研究方向，且根据前面对极差表分析得出的结论认为以上所做实验效率偏低，并没有找到A因素最优的水平。所以需要在初次实验的基础上进一步试验以探求最优试验方案。

压力分布相对比较均勻，低压区的面积比未开槽叶片稍小。开槽方案的叶轮吸入U附近的液流流速的均匀度相比于未开槽叶轮均有所改善。但是从叶轮流道内产生的回流涡数量来看，开槽叶轮在设计工况下对于叶槽内流态的改善效果甚微，并且四副叶轮左边的回流明显比其他部分严重。这个部位靠近隔舌与螺旋形蜗壳的出口，华全水泵厂产生这种现象的原因是由于旋转叶轮与静止隔舌之间的动静干涉作用引起的。以正交试验结果为基础进行改良设计的转轮在效率上有明显的提高。在设计工况下原叶轮的计算效率为72.5%，而优化开槽位置后设计后最高效率的叶轮3达到76.15%,比改良之前提高了5.03%。结果说明合理地确定叶轮开槽的位置等因素能够起到提高低比转速高速泵效率的作用。发现在设计流量25m3/h左边小流量区开槽叶轮的扬程明显比没有开槽之间有所提高，在原叶轮在设计工况附近叶轮扬程与在直径65mm，72mm处开槽叶轮的扬程交叉，在大流量区原叶轮扬程高于前两者。而在79mm处开槽的叶轮扬程在全流量区域高于其它三只叶轮。综合分析流量-扬程曲线可知，华全水泵在小流量区域开槽叶轮能够明显提高水泵扬程，而在大流量区域很合理的开槽方式对扬程的提高也不显著。