[发明专利]一种高比转速离心泵叶轮的水力设计方法

说明书

本发明公开了一种高比转速离心泵叶轮的水力设计方法，属于流体机械技术领域。本发明主要是根据两类相对流面理论，用相关的二元流动计算迭代逼近S₂流面三元流动，对S₂流面族进行理论上的计算。首先使用非正交曲线坐标确定准三元计算中的中心S₂流面的主方程，然后以中心S₂流面出发推算S₂流面族的通用方程，根据三元理论的速度梯度方程和沿流线方向的流量方程迭代求解确定满足流量和速度梯度条件的中心S₂流面，反复迭代直到小于允许误差为止，然后根据通用方程确定下一个S₂流面，依次类推得到S₂₊₂，S₂₊₃，S₂₊₄……逐渐逼近，从而可以得到高比转速离心泵叶片工作面流面和背面流面。

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体是一种高比转速离心泵叶轮的水力设计方法，从三元数学理论对叶片叶片进行设计，有效的提高了泵的水力性能。

背景技术

泵的种类繁多，按工作原理可分为三大类：叶片式水泵、容积式水泵和其他类型水泵，离心泵是叶片泵的一种，其结构紧凑，流量范围大、压力稳定、操作方便，其在国民经济各部门应用相当广泛。中高比转速离心泵因大部分模型效率较高，国内外很多学者侧重于低比转速离心泵的实验和研究，并提出了有效的方法，但很少有人对中高比转速的离心泵进行研究。传统离心泵的设计多采用一元流动理论，而一元流动理论很多程度上依赖设计经验和实验数据，在设计时忽略了很多次要因素，比如流体的分离损失、二次流损失和冲击损失等，因为叶轮内的流动是很复杂的三元非定常粘性运动，由于技术进步对流体机械的性能提出了越来越高的要求，就需要解决叶轮中的三元流动计算问题。 1952年吴仲华提出了两类相对流面的理论，开创了三元流动计算的新纪元。本发明主要是基于流体机械的准三元理论对高比转速离心泵叶片的内弧流面和背弧流面进行迭代推算，提供一种高比转速离心泵叶轮的水力设计方法。

发明内容

为了设计出高效率、高水力性能的高比转速离心泵，本发明主要是基于流体机械的准三元设计理论提供一种高比转速离心泵叶轮的水力设计方法。

本发明主要是根据两类相对流面理论，用相关的二元流动计算迭代逼近S₂流面三元流动，对S₂流面族进行理论上的计算。首先使用非正交曲线坐标确定准三元计算中的中心S₂流面的主方程，然后以中心S₂流面出发推算S₂流面族的通用方程，根据三元理论的速度梯度方程和沿流线方向的流量方程迭代求解确定满足流量和速度梯度条件的中心S₂流面，反复迭代直到小于允许误差为止，然后根据通用方程确定下一个S₂流面，求解迭代方程如下：

中心S₂流面方程迭代方程：

流量方程：

w_z＝w_m·cos(γ-σ)

流量方程迭代方程为：

速度梯度方程：

Y₁-ωλ₁＝const

速度梯度方程迭代方程为：