[发明专利]环形流道转动下的摩擦因子修正方法

说明书

本发明提出一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，包括以下步骤：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道不同转速下的出口流体压力及入口流体压力、及流量；计算获得在流体不转动情况下摩擦因子的第一组数据；计算获得在流体转动情况下摩擦因子的第二组数据；定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数；将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正公式；在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。本发明综合考虑间隙流道周向剪切与轴向压力耦合对摩擦因子进行修正，可以准确快速推导出环形流道内壁面转动情况下流道的流阻系数。

技术领域

本发明涉及流体机械领域，特别涉及的是环形流道转动下的摩擦因子修正方法。

背景技术

第三代屏蔽电机核主泵的核心特征是在屏蔽电机定转子之间引入高压冷却介质(间隙流体)，转换压力边界，变动密封为静密封，避免一回路放射介质泄漏，提高安全性，引入间隙流体有利于电机散热。然而，在定转子之间引入液体内冷介质，却对屏蔽电机结构的可靠性带来了极大的挑战，屏蔽电机内冷回路流量分布的预测与控制直接影响屏蔽电机线圈、轴承等关键部件的散热，对保障主泵稳定可靠工作来说至关重要。屏蔽电机内冷回路流量分布涉及各个流道的流动阻力的确定，定转子间流道区别于一般管路之处在于，转子在实际工况中会高速旋转，但是其定转子间流道阻力特性尚未有定量研究。

管道内流动阻力的研究是一个相对比较传统的命题，19世纪就有很多人做过研究，主要通过实验流体力学的方法。对于圆形管道，美国工程师穆迪结合了众多关于摩擦因子的经验公式得到了圆管内摩擦因子与雷诺数的映射关系。对于非圆形管道，可查询实用流体阻力手册得到其摩擦因子。近期的研究主要集中在管道内部的特殊结构如肋板、螺纹等对管道流阻阻力的影响。

现阶段屏蔽泵内间隙流道的摩擦因子并没有考虑实际工况中转子转动周向流带来的影响，而是将流动简化为了同心环缝轴向间隙流。因而在实际工况中，因实际摩擦因子在转子转动中与理论所获得存在一定的偏差，而会导致压力损失、流道阻力的计算存在较大偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，综合考虑间隙流道周向剪切与轴向压力耦合对摩擦因子进行修正，从而可以准确快速推导出环形流道内壁面转动情况下流道的流阻系数。

为解决上述问题，本发明提出一种环形流道不同转速下的摩擦因子修正方法，包括以下步骤：

S1：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道转动下的出口流体压力及入口流体压力、及环形流道内流体的流量；

S2：根据公式获得在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子λ_e的第一组数据，其中，Re_a为轴向雷诺数；

S3：根据公式获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子λ_r的第二组数据，其中Δp为根据所述出口流体压力及入口流体压力所得的压力损失，v_a为根据所述流体流量获得的截面流体平均速度，m为沿程测距，d为管道水力直径；

S4：定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数

S5：将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正公式k_r＝0.4923r+1，所述r为定义的用来表征转动效应大小的物理量；

S6：在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。

根据本发明的一个实施例，所述环形流道为内壁面转动的环形流道，在内部转子的外壁和外部定子的内壁之间形成。