基于三维建模和数值模拟的煤矿井用水泵叶轮优化设计

摘要

为了提高煤矿井用水泵叶轮的抗磨损、抗汽蚀及水力性能，提出了一种基于三维建模和数值模拟的叶轮优化方案。该方案通过条件生成对抗网络（CGAN）、SolidWorks应用程序编程接口（API）与计算流体力学（CFD）实现叶轮的精准建模与数值模拟，凭借非支配排序遗传算法-Ⅲ（NSGA-Ⅲ）实现叶轮多性能目标的协同优化。结果表明，该方案制备的叶轮扬程提升率为13.67%、流量提升率平均值为6.81%，水力效率较原始叶轮提高了12.71%，运行噪声较原始叶轮减少了14.2 dB。在96 h连续运行中，其振动、噪声、扬程的波动幅度分别低至0.46 m/s²、2.0 dB、1.31 m，汽蚀余量仅增加了0.62 m，平均叶片厚度磨损率低至0.074μm/h。该方案大幅提高了叶轮的工况适配性与水力效率，为煤矿井用水泵叶轮的精准设计提供了技术参考，有利于提高矿井排水系统的运行稳定性与经济性。

关键词

煤矿井用水泵 / 叶轮优化 / 三维建模 / 数值模拟 / 效果验证