一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109185223A(43)申请公布日2019.01.11(21)申请号201811129664.2(22)申请日2018.09.27(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人戈志鹏董亮刘骏旻代翠王勇(51)Int.Cl.F04D29/24(2006.01)F04D29/42(2006.01)F04D29/66(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法(57)摘要本发明提供了一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，在叶轮的叶片工作面上靠近叶片出口处设置多个类鲨鱼表皮的V型槽，多个V型槽相互平行并沿液力流向布置，所述V形槽在叶片出口处的截断面与叶片出口齐平；在蜗壳的隔舌附近设置类鸟类羽翼前缘的弧线凸起结构，弧线凸起结构的纵截面的轮廓形状为线性正弦曲线，弧线凸起结构的起点位于隔舌与基圆相切处，终点位于蜗壳的第Ⅰ断面与第Ⅱ断面之间，本发明的V型槽结构设计能够有效控制射流尾迹和边界层分离的现象，降低叶轮工作阻力，提高离心泵工作效率，弧线凸起结构能够有效的控制隔舌处离心泵的压力脉动，减少此处的动静干涉效应，从而降低离心泵运行时的噪声。CN109185223ACN109185223A权利要求书1/2页1.一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，所述离心泵为闭式结构，主要包括叶轮和标准蜗壳，其特征在于：在所述叶轮的叶片工作面上靠近叶片出口处设置多个类鲨鱼表皮的V型槽，多个所述V型槽相互平行并沿液力流向布置，所述V形槽在叶片出口处的截断面与叶片出口齐平；在所述标准蜗壳的隔舌附近设置类鸟类羽翼前缘的弧线凹凸结构，所述弧线凹凸结构的纵截面的轮廓形状为线性正弦曲线，所述弧线凹凸结构的起点位于隔舌与基圆相切处，终点位于蜗壳的第Ⅰ断面与第Ⅱ断面之间，其中所述第Ⅰ断面是标准蜗壳出口中线与标准蜗壳外圆轮廓相交的截面，第Ⅱ断面是远离隔舌并且与第Ⅰ断面成45°角的截面。2.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，多个所述V型槽形成V形槽组，所述V形槽组与前盖板以及后盖板的距离均为p，按照如下公式计算p：式中：T——比例系数，无量纲数；n——离心泵的额定转速，r/min；ω——离心泵运转的额定角速度，rad/s；D2——叶轮出口直径，m；Q——离心泵的额定流量，m3/s；H——泵的额定扬程，m；g——重力加速度，9.8m/s2；B2——叶轮前盖板与后盖板之间的距离，m。3.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述V形槽的长度范围为从叶片出口处到叶片进口总长度的30％～60％。4.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述V形槽的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为s，高度为h，其中h和s的大小根据光滑离心泵的模拟计算结果的壁面剪切力τ0计算，计算公式如下：1/2Vτ＝0.1(τ0/ρ)(4)+s＝sν/Vτ(5)+h＝hν/Vτ(6)式中：Vτ——壁面剪切速度，m/s；τ0——壁面剪切应力，Pa；v——动力黏性系数，m2/s；ρ——液体的密度，kg/m32CN109185223A权利要求书2/2页s+和h+为无量纲系数，取值范围为15≤s+≤30，15≤h+≤30。5.根据权利要求4所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述s+和h+取值均为15。6.根据权利要求4所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述V形槽组中，每相邻两条V形槽之间的间距相等，均为k，k为s的0.5～0.8倍。7.根据权利要求2所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述V形槽组中的V形槽条数为N，所述V形槽的横截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长为s，N的计算公式如下：式中：k——相邻两条V形槽之间的间距，m。8.根据权利要求1所述的使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法，其特征在于，所述弧线凹凸结构包括两个凸起结构和两个凹陷结构，所述凸起结构和凹陷结构的高度均为Hw，相邻两个所述凸起结构中心的间距为Sw，计算公式如下：Sw＝L·sin(0.28T-13.8)(9)式中：T——比例系数，无量纲数；h1——标准蜗壳第Ⅰ断面处外轮廓曲线与基圆之间的高度，m；L——标准蜗壳外轮廓上第Ⅰ断面与第Ⅱ断面之间的截面曲线的弧长，m。3CN109185223A说明书1/5页一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法技术领域[0001]本发明涉及流体机械领域，尤其涉及一种使离心泵具有减阻降噪性能的仿生设计方法。