[发明专利]一种基于熵理论分析离心泵水力损失的方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械内部流动损失机理相关的技术领域，尤其涉及到一种基于熵 理论分析离心泵水力损失的方法。

背景技术

离心泵作为一种普通的旋转机械广泛应用于工业生产各个领域，因其耗能总量巨 大，研究其能量特性并实现节能运行具有重要意义。文献调研表明对离心泵能量特性的研 究主要从流体动力学角度分析，以试验测试及数值模拟方法为主。数值模拟在流场计算方 面技术成熟，较试验测试能提供更详细的内部流动信息并得到广泛认可。

仅从流体动力的角度分析流体机械内水力损失发生的大小和位置不够直观，需要 引入一种分析方法来对流体机械内水力损失发生情况进行更为直观的显现。启发于熵分析 方法在流动传热设备中成功应用，本发明运用熵分析理论对流体机械内部水力损失进行分 析。

对于离心水泵，因工作介质的粘性及雷诺应力的存在使得运行过程中机械能不可 逆的向内能转化，带来不可逆损失。从热力学第二定律的角度分析，该种能量损失是有用功 向无用功能量形式的转换，因此局部熵产方法可用于机械能损失的测量并实现泵内损失的 捕捉，熵产是状态量，对于单相不可压流动，单位质量的熵产率可给出其输运方程Spurk：

ρ(∂s∂t+u∂s∂x+v∂s∂y+w∂s∂z)=div(q‾T)+φT+φθT2---(1)]]>

式中：ρ—密度，[Kgm^-3]；—热流密度，[Wm²]；φ—机械能粘性耗散，[Wm^-3]；

φ_Θ—熵产项，[WKm^-3]；u,v,w—x,y,z方向速度，[ms^-1]；S—面积，[m²]；

x,y,z—x,y,z坐标，[m]；T—温度，[K]；

公式(1)右边最后两项代表熵产输运过程中产生的机理，作为源项出现且总是正 值；其中第一项是由于粘性耗散产生的熵产，而第二项描述的是有限温差下传热过程产生 的熵产。单位质量熵产率，也叫比熵，在此公式中是唯一未知量，仅是温度和压力的函数。而 单相不可压流动中的温度场和压力场由流动的基本方程组约束，即连续性方程、动量方程 及能量方程。因此，计算熵产所需要的基本物理量可先通过传统数值模拟方法计算得到，在 理论上将熵产作为数值模拟的后处理量来处理，即可避免熵产输运方程直接繁琐的计算而 间接得到较为准确的熵产解。