一種可提高離心泵效率的流道表面仿生處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到離心栗葉輪仿生材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，特別是一種可以提高栗效率的葉輪仿生處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算流體力學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對離心栗內(nèi)部流動的研究也越來越深入和廣泛，在流道內(nèi)壓力和速度場的分布、靜止和轉(zhuǎn)動部件間的動靜干涉、葉輪內(nèi)空化空蝕、流固耦合特性、性能預(yù)測等方面涌現(xiàn)了大量研究成果。離心栗的本質(zhì)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的內(nèi)能和動能。葉輪帶動流體旋轉(zhuǎn)，并對之做功，將葉輪具有的機(jī)械能傳遞給流體。
[0003]葉輪通過兩種力對流體做功:一是葉輪流道表面的壓力；二是由無滑移壁面條件帶來的粘性力。從葉輪進(jìn)口開始，隨著半徑增大，葉輪所做功逐漸增加，直到葉輪流道出口喉部位置附近達(dá)到頂峰，隨后迅速下降。壓力所做功的變化規(guī)律與葉輪總的做功變化規(guī)律近似，而粘性力做功情況則不同，表現(xiàn)為隨半徑增大而增大，且在葉輪出口喉部以后區(qū)域迅速增加。在不同工況，不同葉輪區(qū)域，壁面摩擦損失都是能量損失的主體。
[0004]離心栗葉輪中的流動屬于高雷諾數(shù)湍流。在湍流運(yùn)動中，雷諾應(yīng)力是不能忽略的，而分子粘性應(yīng)力常?？梢院雎?除了極靠近固壁區(qū)域外)。換言之，除壁面邊界層外，流體能量耗散主要以湍流動能耗散的形式存在，而耗散率受壁面影響很大。
[0005]自然界中海豚皮膚有一種特殊結(jié)構(gòu)，表皮具有一定彈性，內(nèi)部皮膚具有一定硬度，兩層結(jié)合表面是波浪狀，當(dāng)水流經(jīng)過時，表面位移是波浪狀，這樣在表皮在各個方向上位移是均勻的，通過結(jié)構(gòu)的變化控制流體介質(zhì)，從而減小阻力。此外使用仿生方法解決復(fù)雜的工程問題，是一種提高性能的有效方法。當(dāng)有機(jī)體結(jié)合形態(tài)、結(jié)構(gòu)和材料等因素進(jìn)行生物耦合時，阻力可以減小。針對壁面摩擦損失大，湍流動能耗散率大，目前能檢索到的專利還沒有從材料和結(jié)構(gòu)結(jié)合的角度來提高栗效率的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，通過對葉輪結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行仿生處理，可以減小流動阻力，從而得到效率的優(yōu)化。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，包括如下幾個步驟。
[0008]一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，包括如下幾個步驟。
[0009]步驟一:在葉輪的前后蓋板上從葉輪進(jìn)口到出口沿著流線方向的流道側(cè)表面開設(shè)若干口槽；步驟二:將開有口槽的葉輪浸入聚氨酯溶液中，旋轉(zhuǎn)葉輪，使聚氨酯溶液充分覆蓋在葉輪表面，待其凝固；步驟三:對葉輪進(jìn)行硫化處理。
[0010]上述方案中，所述步驟一中，，每個所述口槽的橫截面形狀為正三角形。
[0011 ] 上述方案中，假設(shè)L為每個所述正三角形的邊長的長度，Μ為相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距，則相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距Μ是每個所述正三角形的邊長長度L的兩倍。
[0012]上述方案中，所述步驟二中，所述聚氨酯溶液由聚氨酯預(yù)聚體C1()HsN202.C6H1403和固化劑 C13H12N2CL2g 100:10-100:14 的比例混合。
[0013]上述方案中，所述葉輪浸入聚氨酯溶液后按lOOOrmp的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5分鐘。
[0014]上述方案中，所述步驟三中，所述葉輪的硫化處理分為兩次，第一次硫化溫度為100°C ~150°C，且持續(xù)10~20分鐘；第二次硫化溫度為80°C ~120°C，持續(xù)6~10個小時。
[0015]本發(fā)明的有益效果:(1)本發(fā)明將基于海豚皮膚表面結(jié)構(gòu)的流固耦合機(jī)理提出的仿生結(jié)構(gòu)多相復(fù)合材料應(yīng)用于離心栗的葉輪表面:流體流經(jīng)葉輪時會使得葉輪表面彈性的復(fù)合材料變形，即產(chǎn)生流固耦合效應(yīng)，隨著變形使得流固接觸表面向下移動，流體邊界層的速度梯度減少，導(dǎo)致摩擦力減少；(2)彈性變形吸收能量，有效地減少了湍流動能，避免過多的能量在流固界面的交換和損失，從而提高栗的效率。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0017]圖1為本發(fā)明的仿生葉輪的口槽結(jié)構(gòu)示意圖.圖2為該仿生材料的速度梯度圖。
[0018]圖中:1.前蓋板；2.口槽；3.彈性材料層。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本專利是一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，結(jié)合附圖，包括如下步驟:
步驟一:葉輪本體的基礎(chǔ)材料采用現(xiàn)有的金屬材料，在葉輪的前后蓋板上從葉輪進(jìn)口到出口沿著流線方向的流道側(cè)表面開設(shè)若干橫截面形狀為正三角形的口槽2 (附圖1為選取的從前蓋板1上進(jìn)行開槽處理，后蓋板的開槽處理與前蓋板1相同)，其中假設(shè)L為每個所述正三角形的邊長的長度，Μ為相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距(如圖1所示)，則本實(shí)施例中的相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距Μ是每個所述正三角形的邊長長度L的兩倍。
[0020]步驟二:將前后蓋板上開有正三角形橫截面的口槽的葉輪浸入聚氨酯(聚氨酯預(yù)聚體C10H8N202.?:6Η1403和固化劑C 13H12N2CL2g 100:10-100:14比例混合)這種有彈性的聚合材料溶液中，并按lOOOrmp轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5分鐘，使彈性材料溶液充分覆蓋在葉輪表面，待其凝固形成彈性材料層3。
[0021]步驟三:為防止栗長期運(yùn)行時葉輪磨損，葉輪需經(jīng)過兩次硫化，第一次硫化溫度為100°C ~150°C，且持續(xù)10~20分鐘，二次硫化需要80°C ~120°C，持續(xù)6~10個小時。
[0022]如圖2所示，當(dāng)流體流經(jīng)葉輪時，葉輪表面的彈性材料層3受到力的作用而變形隨著變形使得流固接觸表面向下移動，流體邊界層的速度梯度減小，導(dǎo)致摩擦力減少；其次，彈性變形吸收能量，有效地減少了湍流動能，避免過多的能量在流固界面的交換和損失，從而在一定程度上提高了栗的效率。
[0023]雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮妥儎?，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，包括如下幾個步驟: 步驟一:在葉輪的前后蓋板上從葉輪進(jìn)口到出口沿著流線方向的流道側(cè)表面開設(shè)若干口槽； 步驟二:將開有口槽的葉輪浸入聚氨酯溶液中，旋轉(zhuǎn)葉輪，使聚氨酯溶液充分覆蓋在葉輪表面，待其凝固； 步驟三:對葉輪進(jìn)行硫化處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，其特征在于，所述步驟一中，，每個所述口槽的橫截面形狀為正三角形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，其特征在于，假設(shè)L為每個所述正三角形的邊長的長度，Μ為相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距，則相鄰兩個正三角形的頂點(diǎn)之間的間距Μ是每個所述正三角形的邊長長度L的兩倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，其特征在于，所述步驟二中，所述聚氨酯溶液由聚氨酯預(yù)聚體C1(]HsN202.C6H1403和固化劑C 13氏具(^2按100:10-100:14的比例混合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，其特征在于，所述葉輪浸入聚氨酯溶液后按lOOOrmp的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提高離心栗效率的流道表面仿生處理方法，其特征在于，所述步驟三中，所述葉輪的硫化處理分為兩次，第一次硫化溫度為100°c ~150°C，且持續(xù)10~20分鐘；第二次硫化溫度為80°C ~120°C，持續(xù)6~10個小時。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到離心泵葉輪材料和結(jié)構(gòu)的仿生處理方法的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可提高離心泵效率的流道表面仿生處理方法，包括如下幾個步驟。步驟一：在葉輪的前后蓋板上從葉輪進(jìn)口到出口沿著流線方向的流道側(cè)表面開設(shè)若干口槽；步驟二：將開有口槽的葉輪浸入聚氨酯溶液中，旋轉(zhuǎn)葉輪，使聚氨酯溶液充分覆蓋在葉輪表面，待其凝固；步驟三：對葉輪進(jìn)行硫化處理。本發(fā)明中，流體流經(jīng)該仿生葉輪時會使得葉輪表面彈性的復(fù)合材料變形，隨著變形使得流固接觸表面向下移動，流體邊界層的速度梯度減小，導(dǎo)致摩擦力減少；其次，彈性變形吸收能量,有效地減少了湍流動能，避免過多的能量在流固界面的交換和損失，從而一定程度上提高了泵的效率。
【IPC分類】F04D29/02, F04D29/22
【公開號】CN105275868
【申請?zhí)枴緾N201510722926
【發(fā)明人】裴吉, 王逸云, 高海司, 陳佳, 王文杰, 袁壽其
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月29日