为研究医用涡轮各参数对涡轮性能的影响,文中采用Isight集成CFturbo和pumplinx研发平台,快速实现从气动设计到数值模拟以及优化设计的全部过程。针对一款医用呼吸机涡轮进行初步气动设计,设计完成后以叶轮参数D2、Ds、B2、Z、β1、β2、θ作为设计变量,涡轮的压升ΔP和气动效率η最高为目标进行自动数值优化。其中试验样本由最优拉丁超立方方法确定。目标函数的权重因子由超传递近似法确定。采用此方法优化设计后,涡轮压升由原来2584 Pa增加至3339 Pa,压升增加29.2%。效率η由90.06%增加至95.64%,效率增加5.8%。

为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。

针对微型离心泵设计时缺乏理论公式指导的问题，采取基于权矩阵分析的多目标正交试验方法，进行微型泵叶轮设计参数优化研究。采用CFD 方法对正交试验方案进行数值模拟，并根据模拟结果计算出影响扬程、效率和功率3 种考察指标的各因素各水平的权重值大小，确定离心泵叶轮的优化方案。比较优化方案和原方案的内外特性，结果发现，在设计工况下，优化方案的效率提高约10%，功率下降56% 以上。该方法为后续微型离心泵优化设计提供了理论基础。