[发明专利]一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法

权利要求书

1.一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，其特征在于包括如下具体步骤：

(1)采用高速摄影拍摄泵内具有时间顺序的颗粒两相流图片，得到泵内颗粒运动；

(2)利用数字图像处理软件MATLAB处理步骤(1)得到的颗粒两相流图片，得出泵内颗粒位置和运动轨迹，计算颗粒的瞬时相对速度w_颗粒；

(3)采用CFD方法进行清水过泵数值计算，处理出颗粒所在位置液流质点的相对速度w_液体；

(4)选用步骤(2)和步骤(3)中得到的w_颗粒与w_液体间拟合度最高的韦伯分布为数学模型，建立w_颗粒与w_液体间的关系式；

(5)对步骤(4)所建立的关系式中的各项参数进行求解，基于颗粒所在位置液流质点的相对速度建立颗粒的瞬时相对速度计算公式；

(6)根据颗粒滑移速度定义，建立泵内颗粒滑移速度计算公式。

2.根据权利要求1所述的一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，其特征在于：步骤(1)中，所述采用高速摄影拍摄泵内具有时间顺序的颗粒两相流图片，得到泵内颗粒运动，具体步骤如下：

采用高速摄影测量泵内具有时间顺序的颗粒两相流绝对速度场为：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为高速摄影相机拍摄的时间间隔，n为拍摄颗粒两相流图像的数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，其特征在于：步骤(2)中，利用数字图像处理软件MATLAB处理步骤(1)中拍摄的具有时间顺序的颗粒两相流图片，得到出泵内颗粒位置和运动轨迹，计算颗粒的瞬时相对速度w_颗粒，具体步骤如下：

(A)基于高速摄影实验得到泵内颗粒绝对速度分布，采用数字图像处理软件MATLAB编译颗粒两相流高速摄影图像处理C语言程序，处于泵旋转部件区域内的颗粒，对其进行绝对速度场中对应坐标的相位变换，可得到叶轮内颗粒相对叶片运动的相对运动坐标以及运动轨迹，此时相对运动场为：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’为变换后的二维流场的空间坐标，读取相位变换后颗粒所在位置坐标，处于泵静止部件区域的颗粒不做该坐标变换，读取颗粒所在位置坐标；

(B)根据速度三角形定律，计算出不同相位下的泵内颗粒的瞬时相对速度w_颗粒。

4.根据权利要求3所述的一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，其特征在于：步骤(3)中，采用CFD方法进行清水过泵数值计算，处理出颗粒所在位置液流质点的相对速度w_液体，具体步骤如下：

(A)采用有限元软件Fluent或CFX进行泵清水过泵数值计算；

(B)利用CFD-Post进行后处理，将步骤(2)中处理得到的颗粒相对运动坐标录入，读取并导出颗粒所在点液流质点的相对速度w_液体。

5.根据权利要求1所述的一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，其特征在于：步骤(4)中，根据韦伯分布建立步骤(2)和步骤(3)中得到的w_颗粒与w_液体间的关系式，具体步骤如下：

选用步骤(2)和步骤(3)中得到的w_颗粒与w_液体间拟合度最高的韦伯分布为数学模型，建立w_颗粒与w_液体的关系式

其中，a为假设的计算参数，与颗粒的密度ρ、颗粒所在过水断面直径D_m有关，b为假设的修正系数，k为常数。