一种侧流道泵水力性能快速优化方法.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CN107829975A(43)申请公布日2018.03.23(21)申请号201710919478.8(22)申请日2017.09.30(71)申请人江苏大学镇江流体工程装备技术研究院地址212001江苏省镇江市新区丁卯经十五路99号大学科技园43栋(72)发明人张帆袁寿其袁建平张金凤陈轲(74)专利代理机构北京德崇智捷知识产权代理有限公司11467代理人冯燕平(51)Int.Cl.F04D29/22(2006.01)F04D29/44(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种侧流道泵水力性能快速优化方法(57)摘要本发明公开了一种侧流道泵水力性能的快速优化设计方法，可以分别根据叶轮和侧流道的效率计算公式，找出影响侧流道泵性能的主要几何参数，从而有针对性地对侧流道泵水力性能进行快速优化。本发明中的快速优化方法主要为：选取侧流道泵内部过流部件的一个微元体，列出动量守恒关系式，结合泵内水力性能基本方程式和CFD计算结果，通过联合求解得出侧流道泵理论扬程、轴功率、叶轮和侧流道的效率以及侧流道泵的总效率的表达式，通过调节表达式中的几何参数，从而达到快速优化侧流道泵水力性能的目的。CN107829975ACN107829975A权利要求书1/2页1.一种侧流道泵水力性能快速优化方法，其特征在于，借助微积分思想，选取侧流道泵内部过流部件的一个微元体，列出动量守恒关系式，结合泵内水力性能基本方程式和CFD计算结果，联合求解得出侧流道泵理论扬程、叶轮和侧流道的效率以及侧流道泵的总效率的表达式，通过调节表达式中的几何参数，从而达到快速优化侧流道泵水力性能的目的；所述侧流道泵水力性能满足以下关系式：η总＝η叶轮·η侧式中：Qm交换-侧流道的交换质量流量，kg/s；p-为微元体横截面上的压力，pa；3Qv-体积流量，m/s；Qm-质量流量kg/s；A-流道断面面积，m2；Cin-进入侧流道的圆周速度，m/s；C侧-侧流道内圆周速度，m/s；Htheo-理论扬程，m；g-重力加速度，m/s2；η叶轮-叶轮效率；η侧-叶轮效率；η总-叶轮效率；ρ-流体密度，kg/m3；P有效-有效功率，w；P交换-有效功率，w；M-电机力矩，N·m；Ω-叶轮旋转角速度，rad/s。2.根据权利要求1所述的侧流道泵水力性能快速优化方法，其特征在于，所述优化方法具体包括如下步骤：在侧流道计算域上选取一个微元体，分析微元体上各物理量作用大小和方向，列出动量守恒方程式：dQm交换·(-Cin)+(p+dp)·A-p·A+dQm交换·C侧＝0(1)2式(1)中：Qm交换为侧流道的交换质量流量，kg/s；A为侧流道的横截面积，m；p为微元体横截面上的压力，pa；Cin为进入侧流道的圆周速度，假设在整个工况运行过程中Cin保持恒定，取关死点扬程时的圆周速度作为Cin，m/s；C侧为侧流道内圆周速度，即其值为QV/A,Qv为体积2CN107829975A权利要求书2/2页流量，m/s；整理公式(1)可得：Qm交换·(Cin-C侧)＝Δp·A(2)式(2)中：Δp为流入和流出侧流道泵的压力差，Pa；将公式(2)带入理论扬程公式，理论扬程从而得到侧流道泵的理论扬程公式：32式(3)中：Htheo为理论扬程，m；ρ为流体密度，kg/m；g为重力加速度，m/s；关死点流量为0，所以C侧＝QV/A＝0，将CFD计算出的关死点扬程Htheo，0，即流量为0时的扬程代入(3)式，得圆周速度表达式为：式(4)中，测得侧流道的横截面半径r，得出侧流道的横截面积A＝πr2/2，从CFD计算结果中获取通过侧流道的交换质量流量Qm交换，即可求得圆周速度Cin；从CFD计算结果中获取扬程H，得到有效功率：P有效＝Qm·g·H(5)式(5)中：P有效为有效功率，w；Qm为质量流量，kg/s，即模拟设置中的进口边界条件；H为扬程，m；由动能定理可以得到交换功率将C侧＝QV/A代入式(6)可以得：通过试验测得侧流道泵的电机转速n，得叶轮旋转角速度：ω＝2πn(8)利用扭矩测量仪获取侧流道泵的电机力矩M，从而得到叶轮效率、侧流道效率及整个侧流道泵的效率：叶轮效率侧流道效率3.根据权利要求2所述的侧流道泵水力性能快速优化方法，其特征在于，在不同工况下，通过上述步骤对侧流道泵水力性能进行分析计算，利用式(3)、(9)、(10)和(11)可以分别得出侧流道泵理论扬程、叶轮和侧流道的效率以及侧流道泵的总效率的表达式，根据设计要求调节表达式中的几何参数，获得所需的侧流道泵水力性能。3CN107829975A说明书1/5页一种侧流道泵水力性能快速优化方法技术领域[0001]本发明涉及到流体机