[发明专利]一种基于全工况内流测量的离心泵滑移系数确定方法

说明书

技术领域

本发明属于离心泵能量性能计算领域，具体涉及一种基于全工况内流测量的离心泵滑移系数确定方法。

背景技术

目前，普遍采用的滑移系数计算公式主要有斯托道拉公式、威斯奈尔公式、普夫莱德尔公式。斯托道拉公式和威斯奈尔公式仅考虑轴向漩涡对出口相对运动的影响，普夫莱德尔公式则假设叶轮中液体的流动不产生偏离。与叶轮内流体的真实流动相比，这三个公式都没有考虑液流角的影响，计算出来的滑移系数存在一定的误差。随着社会经济的快速发展，很多离心泵在设计时必须要满足多个工况的性能要求，如核电用离心泵和舰艇用离心泵，而滑移系数是基于损失法的离心泵多工况水力设计中的关键技术之一，因此有必要在离心泵真实流动的基础上建立离心泵全工况滑移系数确定方法。

迄今为止，尚未见离心泵全工况滑移系数计算方法的文献报道，仅有一些学者做与离心泵全工况滑移系数计算方法相近的研究工作。山东大学硕士论文《滑移系数对离心泵外特性的影响分析》和山东大学学报（工学版）《考虑边界层堵塞的离心泵滑移系数修正》(2009年第2期)考虑了由粘性效应引起的边界层堵塞的影响，并通过计算得到的边界层位移厚度对叶轮流动滑移量进行了修正。流体机械《离心油泵滑移系数的计算》（2008年第5期）考虑了输送介质的粘度影响，对已有滑移系数计算公式进行了改进，发展了适用于离心油泵的滑移系数计算公式。排灌机械《离心泵滑移系数精度的比较》（2006年第6期）在大量优秀离心泵水力模型的基础上比较了目前常用的斯托道拉、威斯奈和斯基克钦等滑移系数计算公式的精度。水泵技术《离心泵叶轮滑移系数的研究》（2006年第1期）分析了叶片排挤系数对滑移系数的影响并修正了斯托道拉滑移系数计算公式。流体工程《超短叶片离心泵叶轮的滑移系数》（1991年第6期）采用三孔圆柱探针测量了超短叶片离心泵叶轮出口处液体的绝对速度，并在此基础上研究了叶片出口安放角对长短叶片滑移系数的影响，但是探针则影响了叶轮出口处的真实流动。

发明内容

本发明旨在提供一种基于全工况内流测量的离心泵滑移系数确定方法，通过采用PIV内流测试的方法来得到离心泵叶轮出口处液体的真实流动状态，并在此基础上确定离心泵全工况滑移系数计算公式。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

通过离心泵内部非定常流动的PIV测量，揭示不同工况下的离心泵叶轮出口处速度分布规律，采用算术平均法得到离心泵不同工况下叶轮出口处的平均滑移速度，并在此基础上，将液流角系数k_α引入斯托道拉滑移系数计算中，从而建立一种离心泵全工况滑移系数确定公式。

其具体步骤如下：

（1）采用PIV实验测量离心泵不同工况下的内部非定常流动规律；

采用相位平均法测量离心泵不同工况、不同相位下的内部非定常流动；采用二维PIV测量的具有时间序列的绝对速度场为：f（X，Y，t_i）、f（X，Y，t_i+T）、f（X，Y，t_i+2T）、……、f（X，Y，t_i+nT），其中X、Y为二维流场的空间坐标，t_i为不同相位的初始时刻，i=0、1、……，T为叶轮旋转周期，n为拍摄流场图像的数量；将n组绝对速度场中对应坐标的瞬时流速进行算术平均即可得到不同工况、不同相位下离心泵内部流动的绝对速度分布；

（2）基于PIV实验得到的绝对速度分布和叶轮出口处的速度三角形，计算出不同工况、不同相位下的离心泵叶轮出口处的圆周分速度v_u2，实验；