[發明專利]一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法

有效

• 申請號: 201710283708.6
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107423473B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 談明高;季燕羽;劉厚林;吳賢芳;王凱;王勇;董亮
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06T7/20;G06T17/20;G06F113/08
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1.一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

(1)采用高速攝影拍攝泵內具有時間順序的粗顆粒兩相流圖片，得到泵內粗顆粒運動；

(2)利用數字圖像處理軟件MATLAB處理步驟(1)得到的粗顆粒兩相流圖片，得出泵內粗顆粒位置和運動軌跡，計算粗顆粒的瞬時相對速度w_粗顆粒；具體步驟如下：

(A)基于高速攝影實驗得到泵內粗顆粒絕對速度分布，采用MATLAB編譯粗顆粒兩相流高速攝影圖像處理C語言程序，處于泵旋轉部件區域內的顆粒，對其進行絕對速度場中對應坐標的相位變換，可得到葉輪內粗顆粒相對葉片運動的相對運動坐標以及運動軌跡，此時相對運動場為：f(X’，Y’，t_i)、f(X’，Y’，t_i+T)、f(X’，Y’，t_i+2T)、……、f(X’，Y’，t_i+nT)，其中X’、Y’為變換后的二維流場的空間坐標，讀取相位變換后粗顆粒所在位置坐標，處于泵靜止部件區域的粗顆粒不做該坐標變換，讀取粗顆粒所在位置坐標；t_i為不同相位的初始時刻，i＝0、1、……，T為高速攝影相機拍攝的時間間隔，n為拍攝粗顆粒兩相流圖像的數量；

(B)根據速度三角形定律，計算出不同相位下的泵內粗顆粒的瞬時相對速度w_粗顆粒；

(3)通過三維造型軟件Creo、UG或Solidworks對泵的三維流體域進行建模；

(4)通過網格劃分軟件ICEM或Gambit對步驟(3)的得到的三維流體計算域進行網格劃分生成計算域的離散形式；

(5)采用有限元計算軟件Fluent或CFX對步驟(4)中劃分好網格的三維流體計算域泵進行清水過泵數值計算；

(6)利用后處理軟件CFD-Post或Tecplot處理出粗顆粒所在位置液流質點的相對速度w_液體；

(7)根據粗顆粒滑移速度定義，建立粗顆粒滑移速度計算方程，求解粗顆粒滑移速度。

2.根據權利要求1所述的一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法，其特征在于：步驟(1)中，所述采用高速攝影拍攝泵內具有時間順序的粗顆粒兩相流圖片，得到泵內粗顆粒運動，具體步驟如下：

采用高速攝影拍攝泵內具有時間順序的粗顆粒兩相流絕對速度場為：f(X，Y，t_i)、f(X，Y，t_i+T)、f(X，Y，t_i+2T)、……、f(X，Y，t_i+nT)，其中X、Y為二維流場的空間坐標，t_i為不同相位的初始時刻，i＝0、1、……，T為高速攝影相機拍攝的時間間隔，n為拍攝粗顆粒兩相流圖像的數量。

3.根據權利要求1所述的一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法，其特征在于：步驟(3)中，通過三維造型Creo、UG或Solidworks對泵的三維流體計算域進行建模，具體步驟如下：

(A)流體計算域主要包含以下幾個部分：進口段、葉輪水體、擴散段水體以及出口段；

(B)對各部分的流體計算域模型進行裝配。

4.根據權利要求1所述的一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法，其特征在于：步驟(4)中，通過網格劃分軟件ICEM或Gambit對步驟(3)中的三維流體計算域進行網格劃分，具體步驟如下：

(A)將步驟(3)中的流體計算域裝配體導入網格劃分軟件ICEM或Gambit中；

(B)定義流體計算域的面，劃分高質量的網格生成流體計算域的離散形式。

5.根據權利要求1所述的一種泵內粗顆粒滑移速度的計算方法，其特征在于：步驟(5)中，采用有限元計算軟件Fluent或CFX對步驟(4)中劃分好網格的三維流體計算域進行清水過泵數值計算，具體步驟如下：

(A)將步驟(4)中劃分好的網格文件導入有限元計算軟件Fluent或CFX中進行泵清水過泵數值計算；

(B)設置求解模型的邊界條件和初始條件：選用標準k-ε模型，泵進口設定為質量流量，其值根據泵設計工況流量大小而定，泵出口設定為自由出流條件，葉輪定義為旋轉參考坐標系，轉速值根據泵設計工況轉速而定，其余計算流體域定義為靜止坐標系。