推进式搅拌器桨叶参数优化.pdf

机械设计与制造
第9期
120
Machinery Design Manufacture
2014年9月
推进式搅拌器桨叶参数优化
贾慧灵,齐岩,杜鹏飞2,李沼希1
(1.内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010:2内蒙古包头市交通运输管理处,内蒙古包头014010
摘要:推进式桨叶参考数据少而陈旧,由此得到的外轮麻形鋭欠佳。研究以桨叶宽慶系数值为基础,利用 Matlab对推进
式桨叶的复杂外形进行分析和优化。用高次多项式代替样条插值,拟合得到光滑的曲线,并进行误差分析,发现拟合的7
阶多项式曲线的精度优于其他拟合曲线。将优化后的桨叶外形数据保存为ProE可识别文件,导入ProE进行参数化建
模,并对桨叶曲面进行高斯曲率分析,表明所建曲面很光顺。为搅拌器的下一步数値仿真分析美定基础,并为复杂曲面的
优化和参数化建模提供一种高效的方法。
关键词:推进式桨叶;优化;误差分析;参数化;建模
中图分类号:T116;TH122文献标识码:A文章编号:1001-3997(2014)09-0120-03
Optimization and Parametric Modeling of the Propell Agitator Blades
JIA Hui-ling QI Yan, DU Peng-fei, LI Zhao-xi
(1. Institute of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Sciences and Technology, Inner Mongolia Baotou
014010, China 2 Bao ou ommunication and Transportation Management Bureau, Inner Mongolia Baotou 014010, China
Abstract: Reference data of propeller blades are lie and ou aed, so the outer profile shape is poor. In this study, based on
the width coefficient of the blade, Matlab is used for analysis and optimization of the blade complex shape. High-ordered
olynomial fiting replaces spine interpolation to get a smoother profile cure. Accoring to the error analysis, the 7-order
polynomiad curue is better. Optimied blade outer contour data e s ed as the fe type Pro/ that can identify. The file is
imported into Pro/E to achieve parametric modeling. Gaussian curure analysis is ced out on the blade surface, which
indicates that the building surface is very smooth. It Lays a foundation for numerica simulation analysis of the stirrer in the
next step. An efficient way is prouided for optimizaton and parametric modeling of complex cured surfaces
ey Words: Propeller Blade Optimization; Error Analysis; Parameterization; Modeling
在桨叶任意半径r,处的叶片展开宽度b为
推进式搅拌器在各种搅拌设备中使用较多,但现有文献中叩
有桨叶模型尺寸的介绍却很少,而且数据参数不全,据此得到的
外轮麻形貌并不理想。数值仿真技术是建立在模型的基础上,研式中:D搅拌器的直径;D轴套外径。
究推进式搅拌器桨叶的精确建模具有重要意义。推进式搅拌器桨
桨叶宽度系数的离散点和三次样条曲线,如图2所示。
叶的设计关键是桨叶外轮廓的创建,大多数的桨叶是通过样条插
表1桨叶宽度系数K
b.1 Blade Width Coefficient K
值由离散点形成外轮廓。针对文献报导的推进式搅拌器桨叶的几
何数据叫,研究发现采用样条插值并不是最有效的方法。故使用多
K
项式拟合桨叶外轮廓曲线,并且对拟合曲线进行误差分析,得到018202240260028203100.32003220.30802760.2120
最优阶数的多项式拟合曲线,在此基础上修正离散点,再把优化
后并经坐标转换的数据导入三维软件Pro/E中进行参数化建模。
从曲线图可以看到在3到6之间的拟合曲线的光滑度欠
既方便快捷,又保证成形后的曲面光顺度达到技术要求
佳,需要对原有的离散点修正。与大量的多项式拟合对比,发现
离散点通过高阶多项式拟合出的曲线不仅光滑,而且拟合误差
2推进式搅拌器桨叶的优化
也较小。高阶多项式拟合,如图3所示。图3为6阶、7阶和8阶
推进式搅拌器桨叶的展开图,如图1所示。对于桨叶的优化的多项式拟合曲线和相应的拟合误差,从图分析可得,7阶和8
主要是通过对桨叶宽度系K的优化。文献所给出的K;如表1阶拟合曲线要比6阶的更为光滑,而且相应的插值误差也较小:7
所示
阶和8阶的拟合曲线几乎重合,并且两者拟合误差相差均很小。
来稿日期:2014-03-28
基金项目:内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(NJZY14169);内蒙古科技大学教学(教改)研究项目(JY2013042
作者简介:贾慧灵,(1976-),女,内蒙古人,博上研究生,副教授,主要研究方向;化工过程及设备