[发明专利]一种可提高离心泵效率的流道表面仿生处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及到离心泵叶轮仿生材料和结构设计领域，特别是一种可以提高泵效率的叶轮仿生处理方法。

背景技术

随着计算流体力学和计算机技术的突飞猛进，对离心泵内部流动的研究也越来越深入和广泛，在流道内压力和速度场的分布、静止和转动部件间的动静干涉、叶轮内空化空蚀、流固耦合特性、性能预测等方面涌现了大量研究成果。离心泵的本质是将机械能转换为流体的内能和动能。叶轮带动流体旋转，并对之做功，将叶轮具有的机械能传递给流体。

叶轮通过两种力对流体做功:一是叶轮流道表面的压力;二是由无滑移壁面条件带来的粘性力。从叶轮进口开始，随着半径增大，叶轮所做功逐渐增加，直到叶轮流道出口喉部位置附近达到顶峰，随后迅速下降。压力所做功的变化规律与叶轮总的做功变化规律近似，而粘性力做功情况则不同，表现为随半径增大而增大，且在叶轮出口喉部以后区域迅速增加。在不同工况，不同叶轮区域，壁面摩擦损失都是能量损失的主体。

离心泵叶轮中的流动属于高雷诺数湍流。在湍流运动中，雷诺应力是不能忽略的，而分子粘性应力常常可以忽略(除了极靠近固壁区域外)。换言之，除壁面边界层外，流体能量耗散主要以湍流动能耗散的形式存在，而耗散率受壁面影响很大。

自然界中海豚皮肤有一种特殊结构，表皮具有一定弹性，内部皮肤具有一定硬度，两层结合表面是波浪状，当水流经过时，表面位移是波浪状，这样在表皮在各个方向上位移是均匀的，通过结构的变化控制流体介质，从而减小阻力。此外使用仿生方法解决复杂的工程问题,是一种提高性能的有效方法。当有机体结合形态、结构和材料等因素进行生物耦合时，阻力可以减小。针对壁面摩擦损失大，湍流动能耗散率大，目前能检索到的专利还没有从材料和结构结合的角度来提高泵效率的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高离心泵效率的流道表面仿生处理方法，通过对叶轮结构和材料进行仿生处理，可以减小流动阻力，从而得到效率的优化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种可提高离心泵效率的流道表面仿生处理方法，包括如下几个步骤。

一种可提高离心泵效率的流道表面仿生处理方法，包括如下几个步骤。

步骤一：在叶轮的前后盖板上从叶轮进口到出口沿着流线方向的流道侧表面开设若干口槽；步骤二：将开有口槽的叶轮浸入聚氨酯溶液中，旋转叶轮，使聚氨酯溶液充分覆盖在叶轮表面，待其凝固；步骤三：对叶轮进行硫化处理。

上述方案中，所述步骤一中，,每个所述口槽的横截面形状为正三角形。

上述方案中，假设L为每个所述正三角形的边长的长度，M为相邻两个正三角形的顶点之间的间距，则相邻两个正三角形的顶点之间的间距M是每个所述正三角形的边长长度L的两倍。

上述方案中，所述步骤二中，所述聚氨酯溶液由聚氨酯预聚体C₁₀H₈N₂O₂·C₆H₁₄O₃和固化剂C₁₃H₁₂N₂CL₂按100:10~100:14的比例混合。

上述方案中，所述叶轮浸入聚氨酯溶液后按1000rmp的转速旋转5分钟。

上述方案中，所述步骤三中，所述叶轮的硫化处理分为两次，第一次硫化温度为100℃~150℃，且持续10~20分钟；第二次硫化温度为80℃~120℃，持续6~10个小时。

本发明的有益效果：（1）本发明将基于海豚皮肤表面结构的流固耦合机理提出的仿生结构多相复合材料应用于离心泵的叶轮表面：流体流经叶轮时会使得叶轮表面弹性的复合材料变形，即产生流固耦合效应，随着变形使得流固接触表面向下移动，流体边界层的速度梯度减少，导致摩擦力减少；（2）弹性变形吸收能量,有效地减少了湍流动能，避免过多的能量在流固界面的交换和损失，从而提高泵的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

图1为本发明的仿生叶轮的口槽结构示意图.

图2为该仿生材料的速度梯度图。

图中：1.前盖板；2.口槽；3.弹性材料层。

具体实施方式

本专利是一种可提高离心泵效率的流道表面仿生处理方法，结合附图，包括如下步骤：