[发明专利]精确判别水力机械空化区域的方法

说明书

本发明公开了一种精确判别水力机械空化区域的方法，从能量传递角度判别水力机械空化区域的形成、发展及溃灭，将空化区域发展变化时空化区域与液体之间的交界面与气液之间的能量传递特性相结合，基于所在点绝对压力与混合密度的比值计算能量传递值，利用能量传递值判别空化形成的区域及气液交界面，空化区域形成后能量传递值在整个流动区域内的极小值面即为空化区域的气液交界面。该方法能够精确的判别空化形成的区域及气液交界面，适用于有可能产生空化的各种水力机械。

技术领域

本发明属于水力机械领域，具体涉及一种精确判别水力机械空化区域的方法。

背景技术

水力机械应用广泛，如轴流泵，其大流量、低扬程，被广泛应用于水利工程、农业灌溉、工业工程、船舶等重要领域，然而水力机械容易在液体内部局部压力降低时发生液体与其蒸汽的相变交替的现象，即空化现象，如轴流泵的进口压力下降或处于大流量运行的情况下，泵内会出现空化现象。空化现象一方面会引发振动、噪声、水力性能下降和对材料的汽蚀破坏等一系列负面影响，另一方面利用得当的话也可以发挥降阻、废水处理等功能，为了有利于使空化的能量和特点被集中利用，对水力机械内部空化机理的积极研究和探索是十分重要。

要研究水力机械内部的空化机理，首先需要明确空化发生的区域。在目前的空化实验中，一般使用高速摄影技术观察空化在不同阶段的发展特性，但这无法对空化发生区与流体之间的交界面进行精确界定，还有的采用数值模拟手段进行预测鉴定，通常情况下是采用压力分布、流速、空泡体积分数等参数来显示和观察空泡区域，然而这些参数无法精准界定空泡区域界面。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确判别水力机械空化区域的方法，该方法能够精确的判别空化形成的区域及气液交界面，适用于有可能产生空化的各种水力机械。

本发明所采用的技术方案是：

一种精确判别水力机械空化区域的方法，从能量传递角度判别水力机械空化区域的形成、发展及溃灭，将空化区域发展变化时空化区域与液体之间的交界面与气液之间的能量传递特性相结合，基于所在点绝对压力与混合密度的比值计算能量传递值，利用能量传递值判别空化形成的区域及气液交界面，空化区域形成后能量传递值在整个流动区域内的极小值面即为空化区域的气液交界面。

进一步地，能量传递值的计算公式为，

其中，C_P是能量传递值；P是所在点的总压；P_in、P_out是水力机械进、出口的压强；ρ_m是混合密度；ρ是液体密度；g是重力加速度。

进一步地，为排除量纲的影响，将能量传递值C_P进行归一化处理，

其中，C_e是能量传递值C_P的无量纲数；C_p(min)、C_p(max)是能量传递值C_P的最小值、最大值。

本发明的有益效果是：

该方法通过大量的理论分析和数值模拟手段的验证，基于能量传递理论，直观地揭示气液之间的能量交换与气液交界面之间的关系，能够精确的判别空化形成的区域及气液交界面，适用于有可能产生空化的各种水力机械，有利于人们对于空化现象引起的消极影响的预防以及对空化能量的利用。

附图说明

图1是本发明实施例中轴流泵的示意图，其中前置导叶、叶轮和后置导叶的黑色程度参考图2中的C_e值对照表，能够反映空化程度。

图2是本发明实施例中轴流泵叶轮叶片吸力面空化区域发展与能量传递示意图，其中C_e值对照表通过黑色程度反映空化程度，叶轮叶片的黑色程度参考C_e值对照表。