[发明专利]基于能量梯度理论的分流叶片进口偏置度确定方法

说明书

技术领域

本发明属于叶轮机械领域，涉及离心泵，具体涉及一种基于能量梯度理论的分流叶片进口偏置度确定方法。

背景技术

离心泵作为当代最主要的动力装置之一，广泛应用于国民经济的各部门以及航空航天等尖端技术领域。提高离心泵的效率,可以充分利用有限能源，提高的经济效益。因此，提高离心泵的研究和设计水平，对国民经济发展、节约能源和环境保护有重要的影响。叶轮机械主要是指采用液体作为介质的工作机，主要是离心泵。泵是叶轮机械的一种，也是应用非常广泛的通用机械，可以说凡是有液体流动的领域，就有泵的工作。随着科学技术的发展，泵的应用领域正在迅速扩大，据不同国家统计，泵的耗电量都约占各国总发电量的1/5，可见泵的耗能巨大，因而提高泵技术水平对节约能源具有重要意义。

在离心泵的应用中，经常会添加分流叶片，采用长、短叶片间隔布置，可以有效的改善叶轮内流场分布，提高叶轮压比，提高运行的稳定性。分流叶片的设计中有很多需要考虑的地方，其中分流叶片进口偏置度就是设计中的一项。适当的分流叶片的进口偏置度可以有效的改善叶轮出口的射流-尾迹结构，提高离心泵的性能。因此分流叶片进口偏置度θ_si对离心泵运行的稳定性以及整体性能都有着重要的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究的不足，提供一种基于能量梯度理论的分流叶片进口偏置度确定方法，以能量梯度函数K值的分布作为选择合适分流叶片进口偏置度的依据，以叶轮K较大区域最小的分流叶片进口偏置度θ_si作为离心泵分流叶片的最优进口偏置度，优选后的离心泵叶轮部分的流动不稳定情况有所改善，流动情况得到明显的提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤(1).模拟离心泵内的流动物理参数；

利用CFD技术模拟离心泵内的流动，得到整个流场的物理参数。所述的物理参数包括速度、压强、流线等参数，具体获取如下：

针对任一工况条件下的离心泵，采用CFD技术对离心泵内部流动进行数值模拟，控制方程采用三维不可压缩的雷诺平均纳维-斯托克斯方程，并利用有限体积法对控制方程在空间上进行离散；时间推进采用半隐式的格式；然后，在计算域上施加边界条件，分别在给定的几何参数和不同的流动条件下，进行模拟计算，并获得流场物理参数，包括速度、压强和流线分布。

步骤(2).计算整个流场的能量梯度函数K；

根据能量梯度理论，离心泵内的能量梯度函数K的计算公式为：

式(1)中为流体总压，H为流体的能量损失，U为速度大小，p为流体静压，μ_t为湍流粘度，ρ为流体密度；n为流体流动的法线方向，s为流体流动的流线方向。K值是一个无因次的流场函数，表示的是法向能量梯度与流向能量损失的比值。当流场中的扰动变化不大时，层流状态下，K值越大的位置，流动越容易发生失稳，越容易向湍流转捩；湍流状态下，K值越大的位置，湍流强度越高。

步骤(3).改变分流叶片进口偏置度，计算获得整个流场的能量梯度函数K值；

针对离心泵内流动情况，改变分流叶片的进口直径，分流叶片的进口偏置度用θ_si表示，后利用CFD技术模拟离心泵内部流体的流动，得到整个流场的物理参数。

步骤(4).对比不同分流叶片进口偏置度，确定最优分流叶片进口偏置度；

根据能量梯度函数K值的分布，判断流动离心泵叶轮部分流动的稳定性情况，判断的标准是K值越大，流动越不稳定，K值较大的区域越大，流动的稳定性越差。

本发明的有益效果

本发明利用CFD技术和能量梯度理论，通过对比不同分流叶片进口偏置度θ_si下能量梯度函数K值的大小，来确定最优的分流叶片进口偏置度。得到最优的离心泵其扬程和效率都有一定的改善，且部分工况条件下离心泵叶轮内的不稳定现象也有所改善，进而提高离心泵的稳定性。

附图说明

图1为分流叶片进口偏置度确定方法流程图。

图2为分流叶片进口偏置度θ_si＝0°叶轮剖面图。

图3为分流叶片进口偏置度θ_si＝5°叶轮剖面图。

图4为分流叶片进口偏置度θ_si＝-5°叶轮剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种基于能量梯度理论的分流叶片进口偏置度确定方法，具体包括如下步骤：