반응표면법과 CFD를 이용한 사류펌프 임펠러의 최적화설계

Abstract

일반적으로 효율과 수두를 사용하여 사류 펌프의 성능을 평가한다. 본 연구에서는 반응표면법(RSM)을 사용하여 전동식 주유 펌프의 임펠러를 최적화설계를 하고, 전산유체역학(CFD)을 결합하여 최적화된 임펠러의 설계 목표 수두를 달성하는 동시에 효율을 개선하였다. 먼저 선행연구를 통해 자오면과 날개의 기하학적 변수를 선정한 후, RSM 방법을 사용하여 자오면의 형상을 최적화설계를 진행하였다. RSM 방법중의 중심합성범(CCD)을 사용하여 각 2차 회귀 방정식을 계산하였다. 최적화된 결과와 설계 변수 사이의 최적의 조합을 얻기 위해, 2차적 함수에 기초한 RSM을 적용하여 목표결과와 설계 변수 사이의 수학적 관계를 설정하였다. 동일한 방법을 사용하여 최적화된 자오면의 형상에 대해 날개의 기하학적 변수를 최적화하였다. Reference 모델에 비해 최적화된 모델의 수두는 0.27m, 효율성은 2.58% 향상되었다. 전산유체역학(CFD)을 통해 응답곡면 모델의 정확성과 사류 펌프 임펠러 모델의 정확성을 검증했으며, 결과적으로 응답곡면 모델과 RSM 방법을 통한 최적화설계의 우수한 성능과 신뢰성을 입증하였다. 얻어진 유동장의 분석을 통해 최적화 모델의 자오면 평면에서 더 균일한 압력 분포가 형성되었음을 확인하였고 뿐만 아니라, 유동 박리와 와류가 형성되지 않았다.; The performance of a mixed-flow pump is generally assessed using the total head and the efficiency of the mixed-flow pump. In this paper, the response surface method (RSM) is used to optimize the impeller of the electric oil pump multi-objectively. By combining with the computational fluid dynamics (CFD), the optimized impeller can meet the maximum efficiency and target head. Firstly, according to the former research, the geometrical factors variables of the meridian plane and the blade were selected. Then, the shape of the meridian plane is preoptimized using the RSM method. The second-order response surface models for each response are successfully carried out using the central composite design (CCD) in the RSM. To get the best matching relationship between optimized results and design variables, a RSM based on a second-order function was applied to establish a mathematical relationship between the objectives and design variables. The geometric parameters of the blade model, which has been optimized toward the meridian plane, was optimized using the upon method. Compared with the referenced model, the optimized model head is increased by 0.27 meters and the efficiency is increased by 2.58%. The accuracy of the response surface model is verified by computational fluid dynamics (CFD), and the correctness of the optimized mixed flow pump impeller model is approved. The results show that the response surface and RSM optimization results have excellent performance and reliability. According to the analysis of the obtained flow field, the optimized model not only has a more uniform pressure distribution on the meridional plane, but also eliminates the flow separation and eddy current generation. These properties improve the hydraulic performance of the electric oil pump.