[发明专利]一种侧流道泵水力性能快速优化设计方法

权利要求书

1.一种侧流道泵水力性能快速优化方法，其特征在于，借助微积分思想，选取侧流道泵内部过流部件的一个微元体，列出动量守恒关系式，结合泵内水力性能基本方程式和CFD计算结果，联合求解得出侧流道泵理论扬程、叶轮和侧流道的效率以及侧流道泵的总效率的表达式，通过调节表达式中的几何参数，从而达到快速优化侧流道泵水力性能的目的；所述侧流道泵水力性能满足以下关系式：

η_总＝η_叶轮·η_侧 (11)

式中：Q_m交换-侧流道的交换质量流量，kg/s；

p-为微元体横截面上的压力，pa；

Q_v-体积流量，m³/s；

Q_m-质量流量kg/s；

A-流道断面面积，m²；

C_in-进入侧流道的圆周速度，m/s；

C_侧-侧流道内圆周速度，m/s；

H_theo-理论扬程，m；

g-重力加速度，m/s²；

η_叶轮-叶轮效率；

η_侧-侧流道效率；

η_总-侧流道泵效率；

ρ-流体密度，kg/m³；

P_有效-有效功率，w；

P_交换-交换功率，w；

M-电机力矩，N·m；

Ω-叶轮旋转角速度，rad/s；

所述优化方法具体包括如下步骤：

在侧流道计算域上选取一个微元体，分析微元体上各物理量作用大小和方向，列出动量守恒方程式：

dQ_m交换·(-C_in)+(p+dp)·A-p·A+dQ_m交换·C_侧＝0 (1)

式(1)中：Q_m交换为侧流道的交换质量流量，kg/s；A为侧流道的横截面积，m²；p为微元体横截面上的压力，pa；C_in为进入侧流道的圆周速度，假设在整个工况运行过程中C_in保持恒定，取关死点扬程时的圆周速度作为C_in，m/s；C_侧为侧流道内圆周速度，即其值为Q_V/A,Q_v为体积流量，m/s；整理公式(1)可得：

Q_m交换·(C_in-C_侧)＝Δp·A (2)

式(2)中：Δp为流入和流出侧流道泵的压力差，Pa；

将公式(2)带入理论扬程公式，理论扬程从而得到侧流道泵的理论扬程公式：

式(3)中：H_theo为理论扬程，m；ρ为流体密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²；

关死点流量为0，所以C_侧＝Q_V/A＝0，将CFD计算出的关死点扬程H_theo，0，即流量为0时的扬程代入(3)式，得圆周速度表达式为：

式(4)中，测得侧流道的横截面半径r，得出侧流道的横截面积A＝πr²/2，从CFD计算结果中获取通过侧流道的交换质量流量Q_m交换，即可求得圆周速度C_in；

从CFD计算结果中获取扬程H，得到有效功率：

P_有效＝Q_m·g·H (5)

式(5)中：P_有效为有效功率，w；Q_m为质量流量，kg/s，即模拟设置中的进口边界条件；H为扬程，m；

由动能定理可以得到交换功率

将C_侧＝Q_V/A代入式(6)可以得：

通过试验测得侧流道泵的电机转速n，得叶轮旋转角速度：

ω＝2πn (8)

利用扭矩测量仪获取侧流道泵的电机力矩M，从而得到叶轮效率、侧流道效率及整个侧流道泵的效率：

叶轮效率

侧流道效率

2.根据权利要求1所述的侧流道泵水力性能快速优化方法，其特征在于，在不同工况下，通过上述步骤对侧流道泵水力性能进行分析计算，利用式(3)、(9)、(10)和(11)可以分别得出侧流道泵理论扬程、叶轮和侧流道的效率以及侧流道泵的总效率的表达式，根据设计要求调节表达式中的几何参数，获得所需的侧流道泵水力性能。