一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法

摘要

本发明公开了一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法。本发明的过程为：采用PIV实验测量离心泵不同工况下的内部非定常流动规律；基于PIV实验得到的绝对速度分布，计算出离心泵不同工况下的理论扬程；采用全局优化算法或组合对不同工况下的液流角系数进行求解；对不同比转数的离心泵内部流动进行PIV测量，得到不同比转数、不同工况下的液流角系数k_α1、k_α2和k_α3，并采用一元线性回归方法建立不同工况下的液流角系数与比转数之间的关系式，进而建立离心泵全工况理论扬程公式。本发明不仅能较为准确地计算不同工况下离心泵理论扬程，还可以在此基础上建立起离心泵全工况能量性能计算模型并对已有的泵进行优化设计。

主权项

一种基于内流测量的离心泵全工况理论扬程确定方法，其特征在于，在离心泵全工况下叶片进、出口处真实流动测量的基础上，将液流角系数k_α1、k_α2和k_α3引入离心泵理论扬程计算公式中，从而建立了一种离心泵全工况理论扬程的确定方法；具体步骤以下：（A）采用Particle Image Velocimetry简称PIV实验测量离心泵不同工况下的内部非定常流动规律；采用相位平均法测量离心泵不同工况、不同相位下的内部非定常流动；采用二维PIV测量的具有时间序列的绝对速度场为：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为二维流场的空间坐标，t_i为不同相位的初始时刻，i=0、1、……，T为叶轮旋转周期，n为拍摄流场图像的数量；将n组绝对速度场中对应坐标的瞬时流速进行算术平均即可得到不同工况、不同相位下离心泵内部流动的绝对速度分布；（B）基于PIV实验得到的绝对速度分布和叶轮进、出口处的速度三角形，计算出不同工况、不同相位下的离心泵叶片进口的圆周分速度v_u1、出口处的圆周分速度v_u2、叶片进口的轴面速度v_m1、出口处的轴面速度v_m2；（C）采用算术平均法得到离心泵不同工况下叶片进口的平均圆周分速度、出口处的平均圆周分速度、叶片进口的平均轴面速度、出口处的平均轴面速度，并计算出离心泵不同工况下的理论扬程，其中u₂为叶片出口圆周速度，u₁为叶片进口圆周速度，g为重力加速度；（D）将液流角系数k_α1、k_α2和k_α3引入理论扬程计算公式中，理论扬程计算公式为，其中z为叶轮叶片数，β₂为叶片出口安放角，β₁为叶片进口安放角；根据步骤（C）中计算的理论扬程值，采用自适应模拟退火算法、自适应遗传算法或组合对不同工况下的k_α1、k_α2和k_α3进行求解；（E）根据步骤（A）、（B）、（C）和（D），对不同比转数n_s的离心泵内部流动进行PIV测量，得到不同比转数、不同工况下的液流角系数k_α1、k_α2和k_α3；（F）采用一元线性回归方法对不同比转数、不同工况下的液流角系数k_α1、k_α2和k_α3进行回归，建立不同工况下的液流角系数k_α1、k_α2、k_α3与比转数n_s之间的关系式；（G）根据不同工况下的液流角系数k_α1、k_α2、k_α3与比转数n_s之间的关系式，建立全工况下的离心泵理论扬程计算公式。