專利名稱：一種基于內流測量的離心泵全工況理論揚程確定方法
技術領域：
本發明屬于離心泵能量性能計算領域，具體涉及一種基于內流測量的離心泵全工況理論揚程確定方法。
背景技術：
目前，計算離心泵理論揚程普遍以葉輪進口處液體絕對速度的圓周分速度等于零為前提。在設計工況下，葉輪進口處的絕對液流角接近90°，所以離心泵葉輪進口處液體絕對速度的圓周分速度較小，可以假設為零。對于非設計工況來說，特別是小流量工況，葉輪進口處的絕對液流角要遠小于90°，但是如果假設離心泵非設計工況下葉輪進口處的圓周 分速度為零，則計算出來的理論揚程誤差很大。因此有必要在離心泵葉片進、出口處真實流動的基礎上建立離心泵全工況理論揚程確定方法。迄今為止，尚未見離心泵全工況理論揚程確定方法的文獻報道，僅有一些學者做設計工況下離心泵理論揚程計算或修正的研究工作，基本都沒有考慮葉輪進口處圓周速度的影響。農業機械學報《離心泵理論揚程的計算》(2006年第12期)以優秀離心泵為基礎，采用回歸分析法對離心泵理論揚程的計算進行了修正。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)對斯托道拉滑移系數計算公式進行了修正，并在此基礎上計算了不同比轉數的CM型和F型泵的理論揚程，同時與實驗值進行了比較。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、出口寬度比對離心泵或壓縮機理論揚程的影響。水泵技術《離心泵理論揚程修正系數的再研究》(1997年第4期)利用數理統計和回歸分析方法對有關試驗數據進行了研究，提出理論揚程修正系數的計算公式。
發明內容
本發明旨在提供一種基于內流測量的離心泵全工況理論揚程確定方法，通過采用Piv內流測試的方法來得到離心泵葉片進、出口處液體的真實流動狀態，并在此基礎上建立離心泵全工況理論揚程計算公式。為達到以上目的，采用如下技術方案
通過離心泵內部非定常流動的PIV測量，揭示不同工況下離心泵葉片進、出口處的速度分布規律，采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉片進、出口處的平均圓周分速度和軸面速度，并將液流角系數Affl 和Ai73引入理論揚程計算公式中，同時采用全局優化算法或組合求解t i 2和慫3，進而建立一種離心泵全工況理論揚程計算公式。其具體步驟如下
(I)采用Piv實驗測量離心泵不同工況下的內部非定常流動規律；
采用相位平均法測量離心泵不同工況、不同相位下的內部非定常流動；采用二維PIV測量的具有時間序列的絕對速度場為'f a，r, t)、f cr，r, ,.+π、/ α，r, ,+2η>……、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為葉輪旋轉周期，/ 為拍攝流場圖像的數量；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進、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片進、出口處的圓周分速度(^、Vu2)和軸面速度(rml、Km2);
(3)采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉片進、出口處的平均圓周分速度( 、—)和平均軸面速度(一、一)，并計算出離心泵不同工況下的理論揚程
權利要求
1.一種基于內流測量的離心泵全工況理論揚程確定方法，其特征在于，在離心泵全工況下葉片進、出口處真實流動測量的基礎上，將液流角系數慫Pt2和13引入離心泵理論揚程計算公式中，從而建立了一種離心泵全工況理論揚程的確定方法；具體步驟以下 (A)采用PIV實驗測量離心泵不同工況下的內部非定常流動規律； 采用相位平均法測量離心泵不同工況、不同相位下的內部非定常流動；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為葉輪旋轉周期，/ 為拍攝流場圖像的數量；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進、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片進、出口處的圓周分速度(^、Vu2)和軸面速度(rml、Km2); (C)采用算術平均法得到離心泵不同工況下葉片進、出口處的平均圓周分速度( 、一)和平均軸面速度(一、一)，并計算出離心泵不同工況下的理論揚程g,=，___________■________________________Ve2Vml Ve2g，其中 2為葉片出口圓周速度，W1為葉片進口圓周速度，g為重力加速度； (D)將液流角系數和13引入理論揚程計算公式中，理論揚程計算公式為Ht = - [0— --(U1 —，其中 Z 為葉輪葉片數，盧2 為葉 ZtanA g lanA片出口安放角，A1為葉片進口安放角； 根據步驟(C)中計算的理論揚程值，采用全局優化算法(自適應模擬退火算法、自適應遺傳算法)或組合對不同工況下的a σ i α σ 2和α σ 3進行求解； (E)根據步驟(A)、(B)、(C)和(D)，對不同比轉數/7S的離心泵內部流動進行PIV測量，得到不同比轉數、不同工況下的液流角系數和慫3; (F)采用一元線性回歸方法對不同比轉數、不同工況下的液流角系數Ai7l和Ai73進行回歸，建立不同工況下的液流角系數慫與比轉數A之間的關系式； (G)根據不同工況下的液流角系數慫i、慫2、I3與比轉數/7S之間的關系式，建立全工況下的離心泵理論揚程計算公式珥= $K1-知-ug)。
全文摘要
本發明公開了一種基于內流測量的離心泵全工況理論揚程確定方法。本發明的過程為采用PIV實驗測量離心泵不同工況下的內部非定常流動規律；基于PIV實驗得到的絕對速度分布，計算出離心泵不同工況下的理論揚程；采用全局優化算法或組合對不同工況下的液流角系數進行求解；對不同比轉數的離心泵內部流動進行PIV測量，得到不同比轉數、不同工況下的液流角系數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與比轉數之間的關系式，進而建立離心泵全工況理論揚程公式。本發明不僅能較為準確地計算不同工況下離心泵理論揚程，還可以在此基礎上建立起離心泵全工況能量性能計算模型并對已有的泵進行優化設計。
文檔編號F04D15/00GK102878091SQ20121038247
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者劉厚林, 王凱, 袁壽其, 談明高, 王勇, 董亮, 周孝華 申請人:江蘇大學