專利名稱：一種基于內(nèi)流測(cè)量的離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離心泵能量性能計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種基于內(nèi)流測(cè)量的離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法。
背景技術(shù)：
目前，計(jì)算離心泵理論揚(yáng)程普遍以葉輪進(jìn)口處液體絕對(duì)速度的圓周分速度等于零為前提。在設(shè)計(jì)工況下，葉輪進(jìn)口處的絕對(duì)液流角接近90°，所以離心泵葉輪進(jìn)口處液體絕對(duì)速度的圓周分速度較小，可以假設(shè)為零。對(duì)于非設(shè)計(jì)工況來說，特別是小流量工況，葉輪進(jìn)口處的絕對(duì)液流角要遠(yuǎn)小于90°，但是如果假設(shè)離心泵非設(shè)計(jì)工況下葉輪進(jìn)口處的圓周 分速度為零，則計(jì)算出來的理論揚(yáng)程誤差很大。因此有必要在離心泵葉片進(jìn)、出口處真實(shí)流動(dòng)的基礎(chǔ)上建立離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法。迄今為止，尚未見離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法的文獻(xiàn)報(bào)道，僅有一些學(xué)者做設(shè)計(jì)工況下離心泵理論揚(yáng)程計(jì)算或修正的研究工作，基本都沒有考慮葉輪進(jìn)口處圓周速度的影響。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)《離心泵理論揚(yáng)程的計(jì)算》(2006年第12期)以優(yōu)秀離心泵為基礎(chǔ)，采用回歸分析法對(duì)離心泵理論揚(yáng)程的計(jì)算進(jìn)行了修正。Power Technology and Engineering(formerly Hydrotechnical Construction) ((Pressure losses and theoreticalpressure head in low and medium-speed pumps analyzed by a modified method》(2003年第I期)對(duì)斯托道拉滑移系數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了修正，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算了不同比轉(zhuǎn)數(shù)的CM型和F型泵的理論揚(yáng)程，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較。Chemical and PetroleumEngineering ((Determination of the theoretical head of a centrifugal pump orcompressor stage》(2001年第3_4期)考慮了葉片進(jìn)、出口寬度比對(duì)離心泵或壓縮機(jī)理論揚(yáng)程的影響。水泵技術(shù)《離心泵理論揚(yáng)程修正系數(shù)的再研究》(1997年第4期)利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和回歸分析方法對(duì)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，提出理論揚(yáng)程修正系數(shù)的計(jì)算公式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種基于內(nèi)流測(cè)量的離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法，通過采用Piv內(nèi)流測(cè)試的方法來得到離心泵葉片進(jìn)、出口處液體的真實(shí)流動(dòng)狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上建立離心泵全工況理論揚(yáng)程計(jì)算公式。為達(dá)到以上目的，采用如下技術(shù)方案
通過離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)的PIV測(cè)量，揭示不同工況下離心泵葉片進(jìn)、出口處的速度分布規(guī)律，采用算術(shù)平均法得到離心泵不同工況下葉片進(jìn)、出口處的平均圓周分速度和軸面速度，并將液流角系數(shù)Affl 和Ai73引入理論揚(yáng)程計(jì)算公式中，同時(shí)采用全局優(yōu)化算法或組合求解t i 2和慫3，進(jìn)而建立一種離心泵全工況理論揚(yáng)程計(jì)算公式。其具體步驟如下
(I)采用Piv實(shí)驗(yàn)測(cè)量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動(dòng)規(guī)律；
采用相位平均法測(cè)量離心泵不同工況、不同相位下的內(nèi)部非定常流動(dòng)；采用二維PIV測(cè)量的具有時(shí)間序列的絕對(duì)速度場(chǎng)為'f a，r, t)、f cr，r, ,.+π、/ α，r, ,+2η>……、f (1，7，1.+/^)，其中1、7為二維流場(chǎng)的空間坐標(biāo)，匕為不同相位的初始時(shí)刻，i=0、l、……，r為葉輪旋轉(zhuǎn)周期，/ 為拍攝流場(chǎng)圖像的數(shù)量；將/ 組絕對(duì)速度場(chǎng)中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的瞬時(shí)流速進(jìn)行算術(shù)平均即可得到不同工況、不同相位下離心泵內(nèi)部流動(dòng)的絕對(duì)速度分布；
(2 )基于PIV實(shí)驗(yàn)得到的絕對(duì)速度分布和葉輪進(jìn)、出口處的速度三角形，計(jì)算出不同工況、不同相位下的離心泵葉片進(jìn)、出口處的圓周分速度(^、Vu2)和軸面速度(rml、Km2);
(3)采用算術(shù)平均法得到離心泵不同工況下葉片進(jìn)、出口處的平均圓周分速度( 、—)和平均軸面速度(一、一)，并計(jì)算出離心泵不同工況下的理論揚(yáng)程
權(quán)利要求
1.一種基于內(nèi)流測(cè)量的離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法，其特征在于，在離心泵全工況下葉片進(jìn)、出口處真實(shí)流動(dòng)測(cè)量的基礎(chǔ)上，將液流角系數(shù)慫Pt2和13引入離心泵理論揚(yáng)程計(jì)算公式中，從而建立了一種離心泵全工況理論揚(yáng)程的確定方法；具體步驟以下 (A)采用PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動(dòng)規(guī)律； 采用相位平均法測(cè)量離心泵不同工況、不同相位下的內(nèi)部非定常流動(dòng)；采用二維PIV測(cè)量的具有時(shí)間序列的絕對(duì)速度場(chǎng)為/ a，r, t)、f cr，Y,α，ν, ,+2Τ),……、f (1，7，1.+/^)，其中1、7為二維流場(chǎng)的空間坐標(biāo)，匕為不同相位的初始時(shí)刻，i=0、l、……，r為葉輪旋轉(zhuǎn)周期，/ 為拍攝流場(chǎng)圖像的數(shù)量；將/ 組絕對(duì)速度場(chǎng)中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的瞬時(shí)流速進(jìn)行算術(shù)平均即可得到不同工況、不同相位下離心泵內(nèi)部流動(dòng)的絕對(duì)速度分布； (B)基于PIV實(shí)驗(yàn)得到的絕對(duì)速度分布和葉輪進(jìn)、出口處的速度三角形，計(jì)算出不同工況、不同相位下的離心泵葉片進(jìn)、出口處的圓周分速度(^、Vu2)和軸面速度(rml、Km2); (C)采用算術(shù)平均法得到離心泵不同工況下葉片進(jìn)、出口處的平均圓周分速度( 、一)和平均軸面速度(一、一)，并計(jì)算出離心泵不同工況下的理論揚(yáng)程g,=，___________■________________________Ve2Vml Ve2g，其中 2為葉片出口圓周速度，W1為葉片進(jìn)口圓周速度，g為重力加速度； (D)將液流角系數(shù)和13引入理論揚(yáng)程計(jì)算公式中，理論揚(yáng)程計(jì)算公式為Ht = - [0— --(U1 —，其中 Z 為葉輪葉片數(shù)，盧2 為葉 ZtanA g lanA片出口安放角，A1為葉片進(jìn)口安放角； 根據(jù)步驟(C)中計(jì)算的理論揚(yáng)程值，采用全局優(yōu)化算法(自適應(yīng)模擬退火算法、自適應(yīng)遺傳算法)或組合對(duì)不同工況下的a σ i α σ 2和α σ 3進(jìn)行求解； (E)根據(jù)步驟(A)、(B)、(C)和(D)，對(duì)不同比轉(zhuǎn)數(shù)/7S的離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行PIV測(cè)量，得到不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)和慫3; (F)采用一元線性回歸方法對(duì)不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)Ai7l和Ai73進(jìn)行回歸，建立不同工況下的液流角系數(shù)慫與比轉(zhuǎn)數(shù)A之間的關(guān)系式； (G)根據(jù)不同工況下的液流角系數(shù)慫i、慫2、I3與比轉(zhuǎn)數(shù)/7S之間的關(guān)系式，建立全工況下的離心泵理論揚(yáng)程計(jì)算公式珥= $K1-知-ug)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于內(nèi)流測(cè)量的離心泵全工況理論揚(yáng)程確定方法。本發(fā)明的過程為采用PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)量離心泵不同工況下的內(nèi)部非定常流動(dòng)規(guī)律；基于PIV實(shí)驗(yàn)得到的絕對(duì)速度分布，計(jì)算出離心泵不同工況下的理論揚(yáng)程；采用全局優(yōu)化算法或組合對(duì)不同工況下的液流角系數(shù)進(jìn)行求解；對(duì)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行PIV測(cè)量，得到不同比轉(zhuǎn)數(shù)、不同工況下的液流角系數(shù)kα1、kα2和kα3，并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(guān)系式，進(jìn)而建立離心泵全工況理論揚(yáng)程公式。本發(fā)明不僅能較為準(zhǔn)確地計(jì)算不同工況下離心泵理論揚(yáng)程，還可以在此基礎(chǔ)上建立起離心泵全工況能量性能計(jì)算模型并對(duì)已有的泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F04D15/00GK102878091SQ20121038247
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:江蘇大學(xué)