基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于葉輪機械領(lǐng)域，涉及離心泵，具體涉及一種基于能量梯度理論的分流 葉片進口直徑確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 離心泵作為當代最主要的動力裝置之一，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各部門以及航空 航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域。提高離心泵的效率，可以充分利用有限能源，提高的經(jīng)濟效益。因 此，提高離心泵的研宄和設計水平，對國民經(jīng)濟發(fā)展、節(jié)約能源和環(huán)境保護有重要的影響。 葉輪機械主要是指采用液體作為介質(zhì)的工作機，主要是離心泵。泵是葉輪機械的一種，也是 應用非常廣泛的通用機械，可以說凡是有液體流動的領(lǐng)域，就有泵的工作。隨著科學技術(shù) 的發(fā)展，泵的應用領(lǐng)域正在迅速擴大，據(jù)不同國家統(tǒng)計，泵的耗電量都約占各國總發(fā)電量的 1/5,可見泵的耗能巨大，因而提高泵技術(shù)水平對節(jié)約能源具有重要意義。
[0003] 分流葉片（又稱短葉片或小葉片）設計方法采用了長、短葉片間隔布置，可以有效 的改善葉輪內(nèi)流場分布，提高葉輪壓比，提高運行的穩(wěn)定性。合理添加分流葉片可以有效的 改善流道出口的射流-尾跡現(xiàn)象，揚程可以得到明顯的提高，減小圓盤摩擦損失，達到提高 效率的目的。分流葉片的設計需要考慮到分流葉片進口直徑D si、分流葉片偏置度以及分流 葉片偏轉(zhuǎn)角等因素。Dsi直接關(guān)系到分流葉片的作用長度，太長會阻塞葉輪進口，達不到要 求流量范圍，太短起不到改善葉輪出口射流-尾跡結(jié)構(gòu)、提高離心泵效率等作用。因此分流 葉片進口直徑D si的位置對離心泵運行的穩(wěn)定性以及整體性能都有著重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有研宄的不足，提供一種基于能量梯度理論的分流葉片進 口直徑確定方法，以能量梯度函數(shù)K值的分布作為選擇合適葉輪葉片數(shù)的依據(jù)，以葉輪K值 最小的分流葉片直徑D si作為離心泵分流葉片的最優(yōu)進口直徑，優(yōu)選后的離心泵葉輪部分 的流動不穩(wěn)定情況有所改善，流動情況得到明顯的提高。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 步驟（1).模擬離心泵內(nèi)的流動物理參數(shù)；
[0007] 利用CFD技術(shù)模擬離心泵內(nèi)的流動，得到整個流場的物理參數(shù)；所述的物理參數(shù) 包括速度、壓強、流線等參數(shù)，具體獲取如下：
[0008] 針對任一工況條件下的離心泵，采用CFD技術(shù)對離心泵內(nèi)的非定常流動進行數(shù)值 模擬，控制方程采用三維不可壓縮的雷諾平均納維-斯托克斯方程，并利用有限體積法對 控制方程在空間上進行離散；時間推進采用半隱式的格式；然后，在計算域上施加邊界條 件，分別在給定的幾何參數(shù)和不同的流動條件下，進行模擬計算，并獲得流場物理參數(shù)，包 括速度、壓強和流線分布。
[0009] 步驟（2).計算整個流場的能量梯度函數(shù)K ;
[0010] 根據(jù)能量梯度理論，離心泵內(nèi)的能量梯度函數(shù)K的計算公式為：
【主權(quán)項】
1. 基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法；其特征在于包括如下步驟： 步驟（1).模擬離屯、累內(nèi)的流動物理參數(shù)； 步驟（2).計算整個流場的能量梯度函數(shù)K; 步驟（3).改變分流葉片進口直徑，計算獲得整個流場的能量梯度函數(shù)K值； 步驟（4).對比不同分流葉片進口直徑，確定最優(yōu)分流葉片進口位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法；其特征在于 步驟（1)所述的模擬離屯、累內(nèi)部流體流動物理參數(shù)具體如下： 2- 1.利用C抑技術(shù)模擬離屯、累內(nèi)部流體流動，得到整個流場的物理參數(shù)； 所述的物理參數(shù)包括水流速度、壓強分布、流線分布具體獲取如下： 針對任一工況條件下的離屯、累，采用C抑技術(shù)對離屯、累內(nèi)部流動進行=維數(shù)值模擬， 模擬過程中控制方程采用=維不可壓縮的平均雷諾納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程模 擬離屯、累內(nèi)的流體流動，并利用有限體積法對控制方程在空間上進行離散；時間推進采用 半隱式的格式；然后，在計算域上施加邊界條件，分別在給定的幾何參數(shù)和不同的流動條件 下，進行模擬計算，并獲得流場物理參數(shù)，包括水流速度、壓強和流線分布。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法；其特征在于 步驟（2)所述的計算整個流場的能量梯度函數(shù)K具體如下： 3- 1.根據(jù)竇華書教授的能量梯度理論，推導出應用于離屯、累內(nèi)部流動的能量梯度函數(shù) 公式； 根據(jù)能量梯度理論，離屯、累內(nèi)的能量梯度函數(shù)K的計算公式為：
(1) 式（1)中怎=片+ ^)心+ V +>0為流體總壓，H為流體的能量損失，U為速度大小，P為 流體靜壓，為端流粘度，P為流體密度；n為流體流動的法線方向，S為流體流動的流線 方向；K值是一個無因次的流場函數(shù)，表示的是法向能量梯度與流向能量損失的比值；當流 場中的擾動變化不大時，層流狀態(tài)下，K值越大的位置，流動越容易發(fā)生失穩(wěn)，越容易向端流 轉(zhuǎn)換；端流狀態(tài)下，K值越大的位置，端流強度越高。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法；其特征在 于；所述的對比不同分流葉片進口直徑，確定最優(yōu)分流葉片進口位置具體如下： 4- 1.根據(jù)能量梯度函數(shù)K值的分布，判斷流動離屯、累葉輪部分流動的穩(wěn)定性情況，判 斷的標準是K值越大，流動越不穩(wěn)定，K值較大的區(qū)域越大，流動的穩(wěn)定性越差。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于能量梯度理論的分流葉片進口直徑確定方法。本發(fā)明包括如下步驟：步驟(1).模擬離心泵內(nèi)的流動物理參數(shù)；步驟(2).計算整個流場的能量梯度函數(shù)K；步驟(3).改變分流葉片進口直徑，計算獲得整個流場的能量梯度函數(shù)K值；步驟(4).對比不同分流葉片進口直徑，確定最優(yōu)分流葉片進口直徑。本發(fā)明利用CFD技術(shù)和能量梯度理論，通過對比不同分流葉片進口直徑下能量梯度函數(shù)K值的大小，來確定最優(yōu)的分流葉片進口直徑。得到的最優(yōu)分流葉片進口直徑的離心泵，可以減小部分工況條件下離心泵葉輪內(nèi)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，進而提高離心泵的穩(wěn)定性。
【IPC分類】F04D29-24, G06F17-50
【公開號】CN104598674
【申請?zhí)枴緾N201510005887
【發(fā)明人】竇華書, 鄭路路, 陳小平, 蔣威, 馬曉陽, 牛琳, 賁安慶
【申請人】浙江理工大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月6日