提出了用正反問題迭代法設計混流泵葉輪的新方法。該方法能夠有效地彌補傳統方法設計葉片時軸面流動的計算僅滿足流體連續方程的缺陷，同時考慮了葉片形狀對軸面流場計算的影響。通過兩類相對流面迭代求解流體連續方程與運動方程，完成設計葉輪的正問題計算。采用逐點積分法進行葉片骨線繪型，在軸面上加厚葉片，在保角變換平面內修圓葉片頭尾部，完成反問題設計。正反問題迭代計算直至收斂，最終完成混流泵葉輪的設計。采用SIMPLEC算法，通過求解Navier-Stokes方程和RNGk-ε 湍流模型方程，模擬了混流泵葉輪內的三維流場，獲得了葉輪內的速度與壓力分布。結果表明：正反問題迭代方法設計的葉片對于水流的控制能力增強，葉輪內部流動穩定，壓力分布均勻，具有更優的水力性能。

　　混流泵是一種廣泛應用于水利工程、電站冷卻系統、污水處理等方面的泵型。混流泵介于離心泵與軸流泵之間，有效地吸收了兩者的優點，并彌補了兩者的缺點，具有揚程高、適用流量范圍廣、高效運行范圍廣、不易產生空化等優點。

　　近年來，國內外學者圍繞著混流泵的優化設計、流動分析與性能預測開展了研究工作。但目前國內混流泵的技術研發相對滯后，缺乏系列的水力模型，已有的模型效率有待進一步提高。真空技術網(http://smsksx.com/)深入研究并改進混流泵的設計方法，提升運行效率，對實現節能降耗具有重要的工程應用價值。

　　本文基于兩類相對流面流動理論，提出了一種正反問題迭代法設計混流泵葉輪的新方法。該方法能夠有效地彌補傳統方法設計葉片時軸面流動的計算僅滿足流體連續方程的缺陷，同時考慮了葉片形狀對軸面流場計算的影響。在反問題設計計算的基礎上，數值模擬了葉輪內部三維湍流流場，比較了不同設計方法對于葉輪水力效率及內部流動的影響，為進一步開展優化設計工作提供參考。

1、正反問題迭代法

　　1.1、設計方法

　　在混流泵葉輪傳統的設計方法中，通常根據某種假定，通過求解滿足軸面流道流動的連續方程而得到軸面速度，進而依據該軸面速度進行葉片造型。由于軸面速度的計算依賴一定的假設，并未滿足流體的運動方程，同時也未考慮葉片形狀對流動的影響，因此傳統設計方法在理論上存在明顯的缺陷。

　　為彌補傳統設計方法的缺陷，本文提出了正反問題迭代法設計混流泵葉輪葉片的方法。該法與傳統設計方法的流程比較見圖1。在傳統設計方法中，基于某種假定計算得到軸面速度后，依據骨線方程進行葉片繪型、加厚，完成最終葉輪的反問題設計，具體流程如圖1a所示。正反問題迭代法的設計步驟如下：

　　① 基于傳統設計方法設計初始葉輪；

　　② 對葉輪進行正問題計算，得到同時滿足流體連續方程和運動方程的軸面速度分布規律；

　　③ 基于正問題計算得到的軸面速度分布規律，采用逐點積分法進行葉片骨線繪型，在軸面上加厚，在保角變換平面內修圓葉片頭尾部，完成反問題設計，得到新的葉輪三維造型；

　　④ 重復上述②、③過程，直至前后兩次反問題設計得到的葉片軸面截線位置差別滿足要求。

　　具體流程如圖1b所示。

圖1　設計方法流程圖

結論

　　基于傳統方法和正反問題迭代法設計了混流泵葉輪，采用SIMPLEC算法和RNGk-ε 湍流模型，對兩種方法設計的葉輪內部三維湍流流場進行了數值模擬，獲得了壓力與速度分布，預估了水力效率，研究結果如下。

　　1)相比于傳統方法，正反問題迭代法同時滿足流體的連續方程和運動方程，是一種在理論上更加完善的設計方法，設計的葉輪更加符合流體真實的流動情況。

　　2)數值模擬結果表明：正反問題迭代法設計的葉輪水力效率較傳統方法設計的葉輪提高0.8%。

　　3)正反問題迭代法設計的葉輪內部壓力分布更加均勻，葉片進口壓力升高，有利于提高混流泵葉輪的吸入特性。