关于冲压焊接多级离心泵水力设计的研究.pdf

第30卷第3期
临沂师范学院学报
2008年6月
Vol 30 No.3
Joumal of Linyi Normal University
Jun.2008
关于沖压焊接多级离心泵水力设计的研究
辛春宏,马伟,杨强
(日照职业技术学院,山东日照276826
摘要:祥细分淅了不锈钢冲压焊接多级离心泵的设计过程,在离心泵基本方程的基础上,给出了泵
的具体水力设计參数,在工程应用中获得良好的水力性能,验证了參数的正确性
关键词:冲压焊接;多级离心泵;水カ设计
中分类号:TH3]3
文献标识码:A
文章编号:1009-6051(2008)03-0045-005
近年来,国内外专家在多级离心泵水力设计方面对非粘性设计方法这一领域进行了广泛探讨与
硏究,但由于数理方程的复杂性,大都采用在“理想流体”情况下利用非粘性流动的欧拉方程进行求
解到,但是按“理想流体”设计的各种离心泵在“粘性效应”明显的情况下运行效率降低,有的甚
至无法使用.因此,探讨一种离心泵粘性流水力设计方法成为当务之急
本文在“两相流稀相轻介质”试验研究的基础上,提出了把“理想流体”作为参照量,把粘性边
界层作为水流动边界条件的粘性流水力设计方法.针对冲压焊接离心泵内粘性流的特点,建立了泵
吸入口的粘性流方程组求解粘性流过流通道及速度场的畸变值,以此应用于低比转速冲压焊接离心
泵的设计,解决了离心泵长期存在的“偏工况”运行问题,提高了泵的运行效率
1基本理论分析
1.1离心泵内部流体运动分析
水泵设计的理论基础是流体运动的纳维一斯托克斯方程(N-S方程).当考虑粘滞力ェ的影响
时,NS方程是椭圆方程,其充分必要条件是同时遵守斯特鲁哈定律、欧拉定律、雷诺定律及沸汝德
定律(因而要模拟一个水力现象,必须保持几何相似、运动相似和动力相似).AA洛马金已证明,考
虑粘性力时四大定律无法同时满足,N-S方程组无法求解叫,所以离心泵的水力设计一般不考虑粘
性
在不考虑液体粘滯力影响的情况下,忽略雷诺定律,只遵守欧拉定律,N-S方程简化为“理想流
体”的欧拉方程,其数学表达式为:
ax Ot a
p by a ax dy
OP oi
O
欧拉方程(1)与连续性方程共同组成四个方程组求解四个未知数,理论上方程组封闭可以求解,
但事实上十分困难,因为二阶非线性偏微分方程组必须线性化,且只有在某些特定的条件下才有解,
通常简化为平面问题,用拉普拉斯方程求解.
收稿日期:2008-01-17
作者简介:辛春宏(1968-),男,山东日照人,日照职业技术学院讲师
万方数据
临沂师范学院学报
第30卷
离心泵内的水流运动通常处于紊流运动状态,还必须考虑二阶对称张量的湍流附加应力,“理想
流体”的四个方程组就有10个未知数,必须通过水力模型试验补充足够的边界条件,借助于计算机
手段,通过逐步逼近的方法才能近似求解.这也是离心泵的水力设计大都使用半理论、半经验计算
公式的原因
1.2粘性边界层现象
如图1所示,高比转速离心泵通道直径d比
较大,其相对粗糙度△/d很小,水流粘性效应不
明显,粘滞力可以不考虑.但对于低比转速离心
泵,由于流道窄长,过流通道直径d较小,有时只
有几毫米,而边界层的厚度△较大,对铸造泵△
为0.3毫米,粘性边界层的相对厚度高达10-20%,
这种情况下,粘性边界层严重阻塞流道,造成水
图1粘性边界层相对厚度示意
流速度场畸变和水流过流通道畸变,所以粘性边界层的影响必须考虑5?
1.3粘性输送方程
考虑粘性边界层时,管道直径相对减小,产生相
对堵塞作用,如图2粘性边界层引起的相对阻塞示意
图所示.设缩小前的断面为1-1,缩小后的断面为2-2
断面1-1及断面2-2中心点的压强分别为p1和,断
面平均流速分别为和,Q为流量,截面积分别
?
为W、W2,B为管轴与垂线的夹角,L为1-1与2-2的
距离
建立1-1-2-2断面的动量方程为
Q(Aov2-a0v1)=P1w2-p2w2+YW2LCOSB
8
假设1=a2=ao=1,而cosB=(Z1-Z2)/L
图2粘性边界层引起的相对阻塞示意图
8a2(v2ーV1)=川ーP2+NZ1ーZ2)
建立1-1-2-2断面之间的能量方程为:
(る1ー2)+PI-P,a
2
h为1-1与2断面之间的能量损失?将方程(2)代入上式中得到
Q(v2-V1)aめーゅ/2
因为Q=V22,并假设1=a2=1,所以
2v2(v2-V1).V
28
作为粘性流动,将考虑粘性流边界层和不考虑粘性流边界层相对比,而且在同一过流断面,即
Z2,1=2,从上述推导可得到过流通道粘性流的输送方程式为:
V1ーV2=K
(3)
k=(2gh
万方数据