逆向工程（ReverseEngineering）是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，并根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型，从而实现产品设计与制造的过程。通过逆向工程成果可以对水泵过流部件进行结构优化并迅速提高水泵的设计水平。逆向工程中非常关键的一个环节是水泵的三维CAD模型重建，它是水泵数字化加工制造、快速成型、数值模拟与仿真、有限元分析及产品再设计的基础。三维激光扫描技术是一种高精度、快速获取物体表面三维几何数据基金项目：教育部博士点基金项目（200901411157）、国家自然科学基金项目（50879062）和中央高校基本科研业务费专项资金项目（20082080201000026）资助u的新型技术，通过该技术获取一个设计优良的双吸离心泵过流部件三维模型数据，并用逆向工程技术与CFD技术完成高性能低比转速双吸离心泵的设计开发，具有重要的市场。

　　本文通过多尺度激光扫描技术获取优秀水泵的三维数据，用商业软件UG对国内某工程使用的高性能双吸离心泵进行逆向建模，并利用CFD软件FLUENT模拟其内部流场，对模型进行评价，对叶轮进行开发。

　　1水泵三维模型数据获取及水体计算模型构建1.1采集设备及数据采集流程由于需要高精度的三维数据，测量采用多种激光扫描设备相结合的方式。共使用两种不同类型的激光扫描仪，一种是大空间扫描仪，用于快速获取三维数据；另一种是工业级扫描仪，用于获取高精度三维数据，但扫描速度较慢。对于比较平坦的区域，采用大空间扫描仪，型号为德国Z+F公司的Imager5006如所示。

　　集，型号为加拿大Createform公司的Handyscan高扫描分辨率可以达到0 29mm，但需要事先布设标志点，如，所示。

　　数据获取过程中的控制点布设数据采集流程遵循先整体，再局部的原则。在实际扫描作业中需要布置多个测站才能比较完整地采集到被测对象表面的数据。实际测量时，首先采用imager5006扫描仪对水泵上下盖的内壁、外表面、叶轮以及进出水管口进行多站三维扫描，测站之间保持一定程度的重叠，得到较完整的水泵三维数据。然后用HandyScan扫描仪对需要精细测量的部件进行精细测量。

　　12数据配准及三角网构建数据配准方法如所示：将相邻并且存在数据重叠的两个扫描站显示在同一个界面上，然后在重叠区域内手工选择同名点，根据同名点计算配准初值。配准采用ICP算法。

　　激光扫描获取数据点密集，数据量巨大，并且以无规则的点云方式存在。而各种结构的分析与处理通常需要知道点与点之间的关系。三角网是目前描述目标表面模型的佳方式，因此，需要将点云构造成三角网的形式，即通过使用基于球面的Delaunay算法构建二角网。

　　13曲面造型及模型生成利用三角网进行参数化曲面拟合之后，采用UG软件进行泵上盖激光扫描数据配准示意图取特征线，根据特征线将模型分成大的面片集合体，再将面片拟合成参数化曲面，后使用UG完成倒圆角操作完成多个相邻参数化曲面之间的自然过渡。

　　在曲面造型的过程中，由于扫描数据存在一定缺失，需要用游标卡尺测量某些特定部件的尺寸，然后利用这些尺寸，再结合局部部件与整体模型的相对位置关系，利用正向设计的思路，构建水泵的参数化曲面模型（如所示）水泵整体的曲面模型14用于CFD计算的水体模型获取水泵的整体三维模型可用于水泵的工业制造。而进行模型的水力学评价时，研究对象则为水泵内部的水体模型。通过对水泵整体三维模型的布尔运算及必要的模型修剪，可以生成双吸离心泵的水体模型，分为吸水室，压水室和叶轮流道三部分（如所示）（a）吸水室（b）蜗壳（c）叶轮流道离心泵内水体模型2泵内流场的CFD计算分析曲面造型首先将各单位模型数据导入抓，从三维模型上提啦对逆向完成的模型进行评价5，分析优秀水泵高性能的原因有双吸离心泵内部流动非常复杂，分析其流动情况对于提高离心泵效率和改善其性能有重要的意义。传统试验方法耗时且试验装置造价相当昂贵。随着计算机技术的发展，用CFD技术分析研究离心泵内流场已成为改进和优化离心泵叶轮和其他过流部件设计的重要手段。利用CFD商业软件FLUENT着非常重要的意义。

　　21数值模拟方法叶轮直径D=1085mm，单个叶轮叶片数z=8工作介质为牛顿流体且局部各向同性。

　　为基于测绘数据的双吸离心泵全流道三维实体模型。

　　基于测绘数据的双吸离心泵全流道三维实体模型2.1.1网格划分采用GAMBIT软件进行网格划分，结果如所示。计算水体模型通过真机激光扫描数据处理并通过布尔运算产生，由于过流部件十分复杂，因而采用对复杂模型适应度很强的非结构化四面体网格。计算单元如表1所示。

　　表1全流道各部分网格数吸水室叶轮流道压水室总数双吸离心泵全流道网格2.1.2数学模型离心泵流场数值模拟是对可动区域中流动问题的模拟。

　　叶轮流道为旋转区域，蜗壳为静止区域，采用多坐标系模型（MultipleReferenceFrameMRF）进行动静干涉的费合处理，即把离心泵内流场简化为叶轮在某一位置的瞬时流场，将非定常问题近似为定常问题计算。选用分离式求解器。压力方程的离散采用标准格式；控制方程采用雷诺时均N-S方程；压力速度耦合采用SIMPLE方法；湍流模型选取RNO-模型；动量方程、湍动能与耗散率输运方程的离散均采用二阶迎风格式；迭代计算的过程中，通过检测管路出口单位面积平均总压力的变化情况来判断计算是否收敛。

　　2.1.3边界条件进口条件：采用速度进口条件（velocity-inlet），由流量与进2.数值模拟结果与分析离心泵CFD计算结果的分析，首先计算其外特性以验证CFD结果的准确性；然后观察压力分布是否均匀，速度矢量是否合理，有无漩涡和撞击对于本文双吸离心泵模型，设计工况下经计算给定湍流参数为：湍动能k=0.012，湍动耗散率e=2854通过软件读取进口总压、出口总压Pout及叶轮转矩M，计算出泵扬程H= 2.66GHz的四核八线程Xeon5550处理器、24G内存的戴尔服务器R710上完成2.2.1外特性分析取与真机数据相同的7个流量，分别计算扬程和水力效率并进行对比，结果如、0所示。其中分别为真机扬程和水力效率；分别为CFD方法计算的扬程和水力效率。横坐标Q/Qd为选取计算的流量与设计流量的比值。

　　流量一扬程曲线0流量效率曲线由和可以看出，用CFD方法作非稳态计算后得出的平均扬程和平均效率的结果，误差在3以内CFD模拟的结果与真机值吻合，可以认为CFD模拟的结果是准确的2.2.2速度分析取z=0中间界面的速度场和压力场进行分析。

　　口面积比值得到。

　　出口条件：采用自由出流条件（outflow）。出口段加长计算致。总体上泵内流动状况良好，没有出现大的流动分离。

　　2.2.3压力分析2为泵竖直方向中截面的静压分布图。从入口到出口，压力呈阶梯状逐渐增大。通过对离心泵中间截面的速度场区域以减少回流影响。

　　固壁条件：采用无滑移边界条件。口，压力呈阶梯状逐渐增大。通过对离心泵中间截面的1为泵竖直方向中截面的速度矢量图。在额定工况下，叶轮从进口到出口速度逐渐增大，受蜗壳的影响，整机的速度场成明显的不对称，速度沿蜗壳的入口到出口逐渐增大。同时，由于叶轮的旋转，在靠近叶片的流体速度明显增大，越是靠近蜗壳出口速度越大，与离心泵叶轮内部实际流动的规律一1竖直方向中截面速度矢量分布图与压力场模拟的简单分析可见，叶轮部分流动稳定，压力分布均匀，整体符合设计要求。但由于受到压水室蜗壳影响，在靠近蜗壳隔舌出口处附近出现局部冲击现象，一定程度上影响泵的性能。对于整个离心泵的设计，需要改变叶轮布置方式并对蜗壳造型进一步优化，以达到提高性能的要求。

　　2竖直方向中截面的静压分布从激光扫描到CFD计算的路径析，对先进的设计理念进行消化吸收。对缩短开发周期，节约开发成本，提高泵的设计水平有重要意义。□