[发明专利]一种用于研究平衡孔直径对离心泵工作状态影响的方法

说明书

本发明公开了一种用于研究平衡孔直径对离心泵工作状态影响的方法，包括步骤S1.选取研究对象，选取开平衡孔双密封环结构的闭式叶轮离心泵为研究对象，建立离心泵三维模型；S2.确定模型的数值计算方法，对模型进行数值计算；S3.校核计算模型，对模型进行计算域网格划分，采用混合网格划分方式对离心泵整体模型进行划分，进行模型校核；S4.根据平衡孔直径与离心泵后泵腔流动特性及圆盘摩擦损失的关系，进行计算结果分析；通过本研究方法，揭示了平衡孔直径对后泵腔内液体流动规律、以及圆盘摩擦损失的影响，为研究平衡孔直径影响离心泵工作状态的研究提供了理论和科学依据。

技术领域

本发明涉及离心泵实验研究技术领域，具体涉及一种用于研究平衡孔直径对离心泵工作状态影响的方法。

背景技术

离心泵是一种依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，其主要原理是依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上，进而进行工作的，而在离心泵的工作中，离心泵后泵腔的轴向力和圆盘摩擦损失的大小是影响离心泵工作状态的两大主要影响因素；

其中，轴向力大小是影响离心泵使用寿命与稳定运行最重要的因素之一，由于目前对离心泵泵腔内液体流动机理研究的不完善，导致无法准确的计算与平衡离心泵轴向力，已成为泵行业研究的重要课题；在离心泵叶轮后盖板开平衡孔平衡轴向力的方法中，平衡孔直径与轴向力大小密切相关；叶轮圆盘摩擦损失是离心泵机械损失中最主要的能量损耗，现有技术中指出泵的圆盘摩擦损失，由叶轮盖板及其侧腔内液体相对旋转运动决定；目前对离心泵叶轮前盖板侧腔体内液体流动已有不少深入的研究，而离心泵叶轮后盖板侧由于有平衡孔、密封环等结构，叶轮后盖板侧腔体相比前盖板侧腔体流动更为复杂，对离心泵叶轮圆盘摩擦损失、间隙泄漏量和轴向力有较大影响；

因此，研究离心泵后泵腔流动特性与圆盘摩擦损失，对准确计算轴向力与减小能量损耗具有重要的意义，而在现有技术中，并无相关研究。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种用于研究平衡孔直径对离心泵工作状态影响的方法，揭示了平衡孔直径对后泵腔内液体流动规律、以及圆盘摩擦损失的影响，为平衡孔直径影响离心泵工作状态的研究提供了理论和科学依据。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于研究平衡孔直径对离心泵工作状态影响的方法，包括步骤

S1.选取研究对象，选取开平衡孔双密封环结构的闭式叶轮离心泵为研究对象，建立离心泵的三维模型，以叶轮进口为z轴正向，并以顺时针方向旋转，x轴正向为0°，y轴正向为90°；

S2.确定模型的数值计算方法，对模型进行数值计算；

S3.校核计算模型，对模型进行计算域网格划分，采用混合网格划分方式对离心泵整体模型进行划分，进行模型校核；

S4.根据平衡孔直径与离心泵后泵腔流动特性及圆盘摩擦损失的关系，进行计算结果分析。

优选的，步骤S2的数值计算方法确定的具体过程包括：

S201.采用FLUENT软件进行模型数值计算，设泵内工作介质为清水，边界条件为：离心泵入口边界为无旋流动的速度进口，出口边界为自由出流形式；

S202.具体算法选择：近壁面湍流流动用标准壁面函数法处理；泵壳壁面静止，叶轮后盖板壁面为旋转壁面，泵体内流动为不可压缩的定常湍流流动，湍流模型采用RNG k–ε计算；控制方程组为建立相对坐标系下的时均连续方程以及Navier-Stokes方程，压力与速度的耦合计算采用SIMPLEC算法；选取压力亚松弛项为标准格式，动量亚松弛项、湍动能亚松弛项、湍动能耗散率均为二阶迎风格式离散差分方程。

优选的，步骤S3所述的离心泵整体划分的网格数目为322万。