[发明专利]一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法

权利要求书

1.一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，所述离心泵为闭式结构，主要包括叶轮和标准蜗壳，其特征在于：

在所述叶轮的叶片工作面上靠近叶片出口处设置多个类鲨鱼表皮的V形槽，多个所述V形槽相互平行并沿液力流向布置，所述V形槽在叶片出口处的截断面与叶片出口齐平；

多个所述V形槽形成V形槽组，所述V形槽组与前盖板以及后盖板的距离均为p，按照如下公式计算p：

（1）

（2）

（3）

式中：

T——比例系数，无量纲数；

n——离心泵的额定转速，r/min；

——离心泵运转的额定角速度，rad/s；

D₂——叶轮出口直径，m；

Q——离心泵的额定流量，m³/s；

H——泵的额定扬程，m；

g——重力加速度，9.8 m/s²；

B₂——叶轮前盖板与后盖板之间的距离，m；

所述V形槽的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为s，高度为h，其中h和s的大小根据光滑离心泵的模拟计算结果的壁面剪切力τ₀计算，计算公式如下：

V_τ=0.1（τ₀/ρ）^1/2 （4）

s= s⁺ν/V_τ （5）

h= h⁺ν/V_τ （6）

式中：

V_τ——壁面剪切速度，m/s ；

τ₀——壁面剪切应力，Pa；

v——动力黏性系数，m²/s；

ρ——液体的密度，kg/m³

s⁺和h⁺为无量纲系数，取值范围为15，15；

所述V形槽组中的V形槽条数为N，所述V形槽的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为s，N的计算公式如下：

（7）

式中：

k——相邻两条V形槽之间的间距，m；

所述V形槽的长度范围为从叶片出口处到叶片进口总长度的30%～60%；

在所述标准蜗壳的隔舌附近设置类鸟类羽翼前缘的弧线凹凸结构，所述弧线凹凸结构的纵截面的轮廓形状为线性正弦曲线，所述弧线凹凸结构的起点位于隔舌与基圆相切处，终点位于蜗壳的第Ⅰ断面与第Ⅱ断面之间，其中所述第Ⅰ断面是标准蜗壳出口中线与标准蜗壳外圆轮廓相交的截面，第Ⅱ断面是远离隔舌并且与第Ⅰ断面成45°角的截面；

所述弧线凹凸结构包括两个凸起结构和两个凹陷结构，所述凸起结构和凹陷结构的高度均为Hw，相邻两个所述凸起结构中心的间距为Sw，计算公式如下：

（8）

（9）

式中：T——比例系数，无量纲数；

——标准蜗壳第Ⅰ断面处外轮廓曲线与基圆之间的高度，m；

L——标准蜗壳外轮廓上第Ⅰ断面与第Ⅱ断面之间的截面曲线的弧长，m。

2.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述s⁺和h⁺取值均为15。

3.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述V形槽组中，每相邻两条V形槽之间的间距相等，均为k， k为 s的0.5~0.8倍。