[發明專利]基于弱可壓流動分析的大功率離心泵水力性能預測方法

有效

• 申請號: 201810180493.X
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108506223B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 朱祖超;徐濤;崔寶玲;翟璐璐
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: F04D15/00
• 分類號: F04D15/00;F04D1/06;F04D29/42;G06F17/50
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明提供一種基于弱可壓流動分析的大功率離心泵水力性能預測方法，包括如下步驟：1)、新的亞格子應力模型的確立；2)、泵內全流場的數值計算，得到水力性能預測的基礎數據；3)、根據水力性能預測的基礎數據計算揚程、水力效率和汽蝕余量。本發明針對大功率高速流程離心泵內部流動特點和動態亞格子應力模式的不足，構建帶螺旋度約束的動態亞格子模式，建立泵內弱可壓高轉速流場的數值模擬方法，實現離心泵水力性能的準確數值預測。

技術領域

本發明涉及的一種大功率離心泵水力性能預測方法，具體地說是涉及一種基于弱可壓流動分析的大功率離心泵水力性能預測方法。

背景技術

離心泵是石油化工、化工、煤化工和制藥等流程領域的關鍵設備，將液態工作介質加壓輸送至系統各個生產環節和操作單元，是整個液體輸送系統的心臟。石油化工等流程工業的生產過程都是連續化大生產，大功率高速流程離心泵作為流體輸送的關鍵動力設備，必須具備優越的水力性能指標。

現有的研究存在的不足主要在于:

1、針對弱可壓離心泵具體計算過程的深入研究還為數不多；目前的研究對離心泵大多停留在實驗采集數據階段，很少形成系統的完整的開展泵內數值計算包括(建立湍流模型、全流場數值計算、水力性能預測)；

2、針對泵內弱可壓流動的深入研究還為數不多；在馬赫數低于0.1時，可以將流體作為完全不可壓流體；而馬赫數大于0.3時，則必須考慮流體的可壓縮性；馬赫數介于0.1和0.3之間，需要考慮介質的弱可壓性。大功率高速流程離心泵的葉輪外徑在200mm量級，一級增速在14000～24000r/min，隨著高速電機的發展，工作轉速甚至可達到24000r/min以上；而且，流體介質在流程離心泵輸送過程中極易混入少量氣體，此時聲速將下降到500m/s量級，相應的馬赫數很容易超過0.1，甚至達到0.5或更高，因此高轉速流程離心泵內流動必須考慮介質弱可壓的影響。如今考慮弱可壓對離心泵的性能影響的深入研究還為數不多；

3、針對湍流模型的研究還為數不多；目前在對適宜離心泵在全流量工況下內部流動計算的湍流模型、不穩定運行工況下內部流動精確計算、內部流動不穩定的表征以及內部流動不穩定對外特性的影響規律等方面研究開展得不夠充分，對離心泵不穩定問題尚未能形成共識，也沒有提出合適的不穩定流動控制途徑。而在涉及內部流動的瞬態發展研究方面，大渦模擬是目前離心泵內部數值計算的最主要的數值方法。但由于該模型假設亞格子應力只正比于應變率張量，無法很好地適用于旋轉流動。湍流模型用于間隙內的流動計算結果尚未得到充分的驗證。

4、針對全流場數值計算的研究還為數不多；離心泵內部結構復雜，泵內除了主流場內部流動之外，還普遍存在間隙流、動靜干涉等特殊流動現象，這些間隙流場流動的尺度相對主流動較小，但對離心泵的性能卻有很大影響，在某些情況下甚至會引起離心泵運行故障。因此考慮間隙流場區域的離心泵內部全流場計算是最為合理也是最主要的計算途徑。而目前研究大多都是在非全流場開展的，較少針對包括全流場工況進行研究；

5、針對離心泵水力性能預測的研究還為數不多；目前的研究需要進行大量的工作而且需要制造出大量的模型，并測出模型的性能。若性能不能滿足要求，需要對模型重新設計和實驗，多級離心泵對水力性能要求的提升，現有研究已經無法滿足需求，因此在對離心泵設計時進行水力性能預測來確定優化方案，完善設計是目前亟待發展的研究內容。

因此，需要對現有技術進行改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效的基于弱可壓流動分析的大功率離心泵水力性能預測方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于弱可壓流動分析的大功率離心泵水力性能預測方法，包括如下步驟：

1)、新的亞格子應力模型的確立；

2)、泵內全流場的數值計算，得到水力性能預測的基礎數據；