[发明专利]一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法

说明书

技术领域

本发明属于离心泵能量性能计算领域，具体涉及一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法。

背景技术

目前，计算离心泵理论扬程普遍以叶轮进口处液体绝对速度的圆周分速度等于零为前提。在设计工况下，叶轮进口处的绝对液流角接近90°，所以离心泵叶轮进口处液体绝对速度的圆周分速度较小，可以假设为零。对于非设计工况来说，特别是小流量工况，叶轮进口处的绝对液流角要远小于90°，但是如果假设离心泵非设计工况下叶轮进口处的圆周分速度为零，则计算出来的理论扬程误差很大。因此有必要在离心泵叶片进、出口处真实流动的基础上建立离心泵全工况理论扬程确定方法。

迄今为止，尚未见离心泵全工况理论扬程确定方法的文献报道，仅有一些学者做设计工况下离心泵理论扬程计算或修正的研究工作，基本都没有考虑叶轮进口处圆周速度的影响。农业机械学报《离心泵理论扬程的计算》（2006年第12期）以优秀离心泵为基础，采用回归分析法对离心泵理论扬程的计算进行了修正。Power Technology and Engineering (formerly Hydrotechnical Construction)《Pressure losses and theoretical pressure head in low and medium-speed pumps analyzed by a modified method》（2003年第1期）对斯托道拉滑移系数计算公式进行了修正，并在此基础上计算了不同比转数的CM型和F型泵的理论扬程，同时与实验值进行了比较。Chemical and Petroleum Engineering《Determination of the theoretical head of a centrifugal pump or compressor stage》（2001年第3-4期）考虑了叶片进、出口宽度比对离心泵或压缩机理论扬程的影响。水泵技术《离心泵理论扬程修正系数的再研究》（1997年第4期）利用数理统计和回归分析方法对有关试验数据进行了研究，提出理论扬程修正系数的计算公式。

发明内容

本发明旨在提供一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法，通过采用PIV内流测试的方法来得到离心泵叶片进、出口处液体的真实流动状态，并在此基础上建立离心泵全工况理论扬程计算公式。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

通过离心泵内部非定常流动的PIV测量，揭示不同工况下离心泵叶片进、出口处的速度分布规律，采用算术平均法得到离心泵不同工况下叶片进、出口处的平均圆周分速度和轴面速度，并将液流角系数k_α1、k_α2和k_α3引入理论扬程计算公式中，同时采用全局优化算法或组合求解k_α1、k_α2和k_α3，进而建立一种离心泵全工况理论扬程计算公式。

其具体步骤如下：

（1）采用PIV实验测量离心泵不同工况下的内部非定常流动规律；

采用相位平均法测量离心泵不同工况、不同相位下的内部非定常流动；采用二维PIV测量的具有时间序列的绝对速度场为：f（X，Y，t_i）、f（X，Y，t_i+T）、f（X，Y，t_i+2T）、……、f（X，Y，t_i+nT），其中X、Y为二维流场的空间坐标，t_i为不同相位的初始时刻，i=0、1、……，T为叶轮旋转周期，n为拍摄流场图像的数量；将n组绝对速度场中对应坐标的瞬时流速进行算术平均即可得到不同工况、不同相位下离心泵内部流动的绝对速度分布；