Digital Twin-Driven Design of Centrifugal Pumps with Automated Documentation Generation

2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.48084/etasr.20817
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

The design of centrifugal pumps remains an iterative, expertise-intensive process in which hydraulic optimization, three-dimensional geometry definition, physical validation, and the release of manufacturing documentation are weakly coupled, producing long lead times and a high number of physical prototype cycles. This paper proposes an integrated design technology that fuses one-dimensional hydraulic synthesis, parametric 3D modeling, a hybrid digital twin, and additive 3D prototyping into a single closed-loop workflow that also auto-generates engineering documentation. The novelty lies in a hybrid twin that augments a physics-based hydraulic model with a Gaussian-process discrepancy term trained on high-fidelity Reynolds-Averaged Navier–Stokes (RANS) simulations, enabling accurate, sub-second performance prediction across the design space and direct multi-objective optimization of efficiency and cavitation margin. The methodology was validated on three pumps of distinct specific speed and application: municipal water supply, oil-and-gas process duty, and HVAC circulation. Across the three units the surrogate twin reproduced CFD efficiency with a root-mean-square error of 0.61% (R² = 0.984), while the calibrated twin matched rig-tested head and efficiency within 2.4% and 1.9%, respectively. Relative to the conventional workflow, design lead time was reduced by 53–58% and physical prototype iterations by 60–75%. The results indicate that coupling hybrid digital twins with parametric CAD and additive prototyping yields a transferable, application-agnostic pump-design technology.