[发明专利]基于弱可压流动分析的大功率离心泵水力性能预测方法

说明书

本发明提供一种基于弱可压流动分析的大功率离心泵水力性能预测方法，包括如下步骤：1)、新的亚格子应力模型的确立；2)、泵内全流场的数值计算，得到水力性能预测的基础数据；3)、根据水力性能预测的基础数据计算扬程、水力效率和汽蚀余量。本发明针对大功率高速流程离心泵内部流动特点和动态亚格子应力模式的不足，构建带螺旋度约束的动态亚格子模式，建立泵内弱可压高转速流场的数值模拟方法，实现离心泵水力性能的准确数值预测。

技术领域

本发明涉及的一种大功率离心泵水力性能预测方法，具体地说是涉及一种基于弱可压流动分析的大功率离心泵水力性能预测方法。

背景技术

离心泵是石油化工、化工、煤化工和制药等流程领域的关键设备，将液态工作介质加压输送至系统各个生产环节和操作单元，是整个液体输送系统的心脏。石油化工等流程工业的生产过程都是连续化大生产，大功率高速流程离心泵作为流体输送的关键动力设备，必须具备优越的水力性能指标。

现有的研究存在的不足主要在于:

1、针对弱可压离心泵具体计算过程的深入研究还为数不多；目前的研究对离心泵大多停留在实验采集数据阶段，很少形成系统的完整的开展泵内数值计算包括(建立湍流模型、全流场数值计算、水力性能预测)；

2、针对泵内弱可压流动的深入研究还为数不多；在马赫数低于0.1时，可以将流体作为完全不可压流体；而马赫数大于0.3时，则必须考虑流体的可压缩性；马赫数介于0.1和0.3之间，需要考虑介质的弱可压性。大功率高速流程离心泵的叶轮外径在200mm量级，一级增速在14000～24000r/min，随着高速电机的发展，工作转速甚至可达到24000r/min以上；而且，流体介质在流程离心泵输送过程中极易混入少量气体，此时声速将下降到500m/s量级，相应的马赫数很容易超过0.1，甚至达到0.5或更高，因此高转速流程离心泵内流动必须考虑介质弱可压的影响。如今考虑弱可压对离心泵的性能影响的深入研究还为数不多；

3、针对湍流模型的研究还为数不多；目前在对适宜离心泵在全流量工况下内部流动计算的湍流模型、不稳定运行工况下内部流动精确计算、内部流动不稳定的表征以及内部流动不稳定对外特性的影响规律等方面研究开展得不够充分，对离心泵不稳定问题尚未能形成共识，也没有提出合适的不稳定流动控制途径。而在涉及内部流动的瞬态发展研究方面，大涡模拟是目前离心泵内部数值计算的最主要的数值方法。但由于该模型假设亚格子应力只正比于应变率张量，无法很好地适用于旋转流动。湍流模型用于间隙内的流动计算结果尚未得到充分的验证。

4、针对全流场数值计算的研究还为数不多；离心泵内部结构复杂，泵内除了主流场内部流动之外，还普遍存在间隙流、动静干涉等特殊流动现象，这些间隙流场流动的尺度相对主流动较小，但对离心泵的性能却有很大影响，在某些情况下甚至会引起离心泵运行故障。因此考虑间隙流场区域的离心泵内部全流场计算是最为合理也是最主要的计算途径。而目前研究大多都是在非全流场开展的，较少针对包括全流场工况进行研究；

5、针对离心泵水力性能预测的研究还为数不多；目前的研究需要进行大量的工作而且需要制造出大量的模型，并测出模型的性能。若性能不能满足要求，需要对模型重新设计和实验，多级离心泵对水力性能要求的提升，现有研究已经无法满足需求，因此在对离心泵设计时进行水力性能预测来确定优化方案，完善设计是目前亟待发展的研究内容。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的基于弱可压流动分析的大功率离心泵水力性能预测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于弱可压流动分析的大功率离心泵水力性能预测方法，包括如下步骤：

1)、新的亚格子应力模型的确立；

2)、泵内全流场的数值计算，得到水力性能预测的基础数据；