專利名稱：一種基于全工況內(nèi)流測量的離心泵滑移系數(shù)確定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于離心泵能量性能計算領域，具體涉及一種基于全工況內(nèi)流測量的離心泵滑移系數(shù)確定方法。
背景技術：
目前，普遍采用的滑移系數(shù)計算公式主要有斯托道拉公式、威斯奈爾公式、普夫萊德爾公式。斯托道拉公式和威斯奈爾公式僅考慮軸向漩渦對出口相對運動的影響，普夫萊德爾公式則假設葉輪中液體的流動不產(chǎn)生偏離。與葉輪內(nèi)流體的真實流動相比，這三個公式都沒有考慮液流角的影響，計算出來的滑移系數(shù)存在一定的誤差。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，很多離心泵在設計時必須要滿足多個工況的性能要求 ，如核電用離心泵和艦艇用離心泵，而滑移系數(shù)是基于損失法的離心泵多工況水力設計中的關鍵技術之一，因此有必要在離心泵真實流動的基礎上建立離心泵全工況滑移系數(shù)確定方法。迄今為止，尚未見離心泵全工況滑移系數(shù)計算方法的文獻報道，僅有一些學者做與離心泵全工況滑移系數(shù)計算方法相近的研究工作。山東大學碩士論文《滑移系數(shù)對離心泵外特性的影響分析》和山東大學學報(工學版)《考慮邊界層堵塞的離心泵滑移系數(shù)修正》(2009年第2期)考慮了由粘性效應引起的邊界層堵塞的影響，并通過計算得到的邊界層位移厚度對葉輪流動滑移量進行了修正。流體機械《離心油泵滑移系數(shù)的計算》(2008年第5期)考慮了輸送介質(zhì)的粘度影響，對已有滑移系數(shù)計算公式進行了改進，發(fā)展了適用于離心油泵的滑移系數(shù)計算公式。排灌機械《離心泵滑移系數(shù)精度的比較》(2006年第6期)在大量優(yōu)秀離心泵水力模型的基礎上比較了目前常用的斯托道拉、威斯奈和斯基克欽等滑移系數(shù)計算公式的精度。水泵技術《離心泵葉輪滑移系數(shù)的研究》(2006年第I期)分析了葉片排擠系數(shù)對滑移系數(shù)的影響并修正了斯托道拉滑移系數(shù)計算公式。流體工程《超短葉片離心泵葉輪的滑移系數(shù)》(1991年第6期)采用三孔圓柱探針測量了超短葉片離心泵葉輪出口處液體的絕對速度，并在此基礎上研究了葉片出口安放角對長短葉片滑移系數(shù)的影響，但是探針則影響了葉輪出口處的真實流動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種基于全工況內(nèi)流測量的離心泵滑移系數(shù)確定方法，通過采用Piv內(nèi)流測試的方法來得到離心泵葉輪出口處液體的真實流動狀態(tài)，并在此基礎上確定離心泵全工況滑移系數(shù)計算公式。為達到以上目的，采用如下技術方案
通過離心泵內(nèi)部非定常流動的PIV測量，揭示不同工況下的離心泵葉輪出口處速度分布規(guī)律，采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉輪出口處的平均滑移速度，并在此基礎上，將液流角系數(shù)左σ引入斯托道拉滑移系數(shù)計算中，從而建立一種離心泵全工況滑移系數(shù)確定公式。其具體步驟如下(1)采用Piv實驗測量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動規(guī)律；
采用相位平均法測量離心泵不同工況、不同相位下的內(nèi)部非定常流動；采用二維PIV測量的具有時間序列的絕對速度場為/ a，r, t)、f cr，Y,α，ν, ,+2Τ),……、
f (1，7，1.+/^)，其中1、7為二維流場的空間坐標，匕為不同相位的初始時刻，i=0、l、……，r為葉輪旋轉(zhuǎn)周期，/ 為拍攝流場圖像的數(shù)量；將/ 組絕對速度場中對應坐標的瞬時流速進行算術平均即可得到不同工況、不同相位下離心泵內(nèi)部流動的絕對速度分布；
(2)基于PIV實驗得到的絕對速度分布和葉輪出口處的速度三角形，計算出不同工況、不同相位下的離心泵葉輪出口處的圓周分速度;
(3)計算不同工況下的離心泵葉輪出口處的圓周分速度，然后計算出不同工況、不同相位下的離心泵葉輪出口處的滑移速度，滑移速度為Λ U=^2,a論采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉輪出口處的平均滑移速度
Ha ,同時計算出離心泵不同工況下滑移系數(shù)，其中U2為葉輪出口處的
圓周速度；
(4)計算不同工況下的離心泵液流角系數(shù)々液流角系數(shù)為，其中ζ
2Γ
為葉輪葉片數(shù)，A2為葉片出口安放角；
(5)根據(jù)(I)、(2)、(3)和(4)，對不同比轉(zhuǎn)數(shù)化的離心泵內(nèi)部流動進行PIV測量，得到不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)；
(6)采用一元線性回歸方法對不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)進行回歸，建立不同工況下的液流角系數(shù)慫與比轉(zhuǎn)數(shù)/ s之間的關系慫=/(/ s/100)，從而確定了全工況下的
離心泵滑移系數(shù)計算公式
權利要求
1.一種基于全工況內(nèi)流測量的離心泵滑移系數(shù)確定方法，其特征在于，在離心泵全工況下葉輪出口處真實流動測量的基礎上，將液流角系數(shù)引入斯托道拉滑移系數(shù)計算公式中，從而建立了一種離心泵全工況滑移系數(shù)的確定方法；具體步驟以下 (A)采用PIV實驗測量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動規(guī)律； 采用相位平均法測量離心泵不同工況、不同相位下的內(nèi)部非定常流動；采用二維PIV測量的具有時間序列的絕對速度場為/ a，r, t)、f cr，Y,α，ν, ,+2Τ),……、f (1，7，1.+/^)，其中1、7為二維流場的空間坐標，匕為不同相位的初始時刻，i=0、l、……，r為葉輪旋轉(zhuǎn)周期，/ 為拍攝流場圖像的數(shù)量；將/ 組絕對速度場中對應坐標的瞬時流速進行算術平均即可得到不同工況、不同相位下離心泵內(nèi)部流動的絕對速度分布； (B)基于PIV實驗得到的絕對速度分布和葉輪出口處的速度三角形，計算出不同工況、不同相位下的離心泵葉輪出口處的圓周分速度; (C)計算不同工況下的離心泵葉輪出口處的圓周分速度m，然后計算出不同工況、不同相位下的離心泵葉輪出口處的滑移速度，滑移速度為Λ U=^2,a論采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉輪出口處的平均滑移速度 ，同時計算出離心泵不同工況下滑移系數(shù)GT = (H3-S^)Zli2，其中U2為葉輪出口處的圓周速度； (D)計算不同工況下的離心泵液流角系數(shù)々 ,液流角系數(shù)為、，其中Z Σ為葉輪葉片數(shù)，A2為葉片出口安放角； (E)根據(jù)(A)、(B)、(C)和(D)，對不同比轉(zhuǎn)數(shù)化的離心泵內(nèi)部流動進行PIV測量，得到不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)； (F)采用一元線性回歸方法對不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)進行回歸，建立不同工況下的液流角系數(shù)慫與比轉(zhuǎn)數(shù)/ s之間的關系慫=/(/ s/100)，從而確定了全工況下的離心泵滑移系數(shù)計算公式ο· = 1_-1·$ Sb爲。Z
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于全工況內(nèi)流測量的離心泵滑移系數(shù)確定方法。本發(fā)明采用PIV實驗測量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動規(guī)律；基于PIV實驗得到的絕對速度分布，采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉輪出口處的平均滑移速度，并計算出離心泵不同工況下滑移系數(shù)；計算不同工況下的離心泵液流角系數(shù)；對不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵內(nèi)部流動進行PIV測量，得到不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)；采用一元線性回歸方法建立不同工況下的液流角系數(shù)與比轉(zhuǎn)數(shù)之間的關系，從而確定不同工況下的離心泵滑移系數(shù)計算公式。本發(fā)明不僅能較為準確計算不同工況下離心泵滑移系數(shù)，還可以在此基礎上建立起離心泵能量性能計算公式并對已有的泵進行節(jié)能改造。
文檔編號F04D15/00GK102865233SQ20121038244
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權日2012年10月11日
發(fā)明者劉厚林, 王凱, 袁壽其, 談明高, 王勇, 董亮, 周孝華 申請人:江蘇大學