[发明专利]一种侧流道泵水力性能快速优化设计方法

摘要

本发明公开了一种侧流道泵水力性能的快速优化设计方法，可以分别根据叶轮和侧流道的效率计算公式，找出影响侧流道泵性能的主要几何参数，从而有针对性地对侧流道泵水力性能进行快速优化。本发明中的快速优化方法主要为：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，通过联合求解得出侧流道泵理论扬程、轴功率、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。

主权项

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