升力做功对离心泵水力性能的影响.pdf

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1、第46卷第17期人民长江Vo1．46．No．172015年9月YangtzeRiverSep．，2015文章编号：1001—4179(2015)17—0079—04升力做功对离心泵水力性能的影响燕浩，李存毅(安特洛电机有限公司，福建福安355000)摘要：分别用试验研究和数值模拟手段对离心泵内升力做功对其水力性能的影响展开了研究。研究结果表明：离心泵叶轮在相同半径下，叶片工作面的压力与吸力面之间存在压力差△P，由此产生升力，且随着流量的增加升力做功逐渐减小；离心泵内升力做功和离心力做功共同决定着其外特性曲线，其中，升力做功最大可达到离心力做功的90％左右，占总

2、扬程的46％左右；在不同工况下，离心力做功基本不变，升力做功的变化则较为明显，这就决定了其外特性曲线的变化趋势。对理论计算与试验结果进行了比较，两种结果相互吻合，验证了数值模拟的正确性。关键词：离心泵；升力做功；水力性能；压力分布中图法分类号：TV53文献标志码：ADO1：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．17．020所谓离心泵，是指依靠叶轮高速旋转时产生的离1理论分析心力来输送液体的一种通用机械。据统计，全国风机、水泵总耗电量约占总功耗电量的40％，其中，水泵耗由泵的基本方程可知，泵的理论扬程通常为能约占20％，在石油和化工领域中

3、高达59％和26％。H=(tt22一l1)／g(1)离心泵因结构简单、体积小、造价低以及运行可靠等优式中，u，u分别为叶轮进口、出口的圆周速度；：点而得到了广泛的应用，节能潜力巨大。分别为叶轮进口、出口绝对速度的圆周分量；g为重力目前，工程上使用的离心泵，其水力设计方法多是加速度。建立在相似理论基础上的模型换算法和速度系数根据叶轮内液体相对运动的伯努利方程，可以推法，以及后续发展起来的自由漩涡理论和面积比导出离心泵内离心力对单位重量液体所做功的大原理等。但这些设计方法并没有把泵内的总力矩小，并可以用下式来表达进行分解，由于离心力做功是泵内的主要做功形式，因H=

4、(M一)／2g(2)而忽略了对其他力做功的相关性分析。根据茹可夫斯2wRln“l基定理可以得知，只要在叶片表面的速度环量不等于(3)零，就会有升力产生。可以将离心泵叶片看成是一2,trR2nz—种薄翼型，在其表面也将会产生升力。因此，离心泵内升力做功也是影响其水力效率的关键性因素之一，升将式(3)带人式(2)，可得力做功的大小将直接影响水泵的水力性能。H。=C(R一R)(4)综上所述，开展离心泵升力做功对其水力性能影式中，C是一个只与泵转速n有关的常数，且C=响的相关性研究，具有重要的实际应用价值，同时也具有很好的理论创新性和前瞻性，并可为后续基于升力，从式(

5、4)可以得出，离心力做功只与叶轮进、做功的节能减排相关研究提供理论基础。出口的圆周速度有关，即，当叶轮进出口直径一定时，收稿日期：2015—03—25作者简介：燕浩，男，博士，主要从事流体机械及工程方面的研究。E—mail：yanyinso708@126．eonl82人民长江这就进一步地验证了数＼值模拟的正确性，可为以5432l0l26结论下对升力做功的分析提供数据基础。(1)采用ANSYS—CFX对离心泵模型进行数值模拟，并对其进行了试验研究；将试验结果与数值计算结果进行比较，验证了数值计算的准确性。(2)通过压力分布状况可以得到：离心泵叶轮在同一半径下，叶

6、片工作面的压力与吸力面之间存在着压力差△P，由此产生了升力，随着流量的增加升力做功逐渐减小。(3)离心泵内升力做功和离心力做功共同决定了60708090100110l20130R，mm其外特性曲线，其中，升力做功最大可达到离心力做功图6数值计算圆周速度与理论圆周速度误差比较的90％左右，占总扬程的46％左右。由此可见，升力由公式(4)可知，在叶轮外径一定的前提下，离心做功在离心泵中发挥着重要的作用。泵内离心力做功只与泵的转速有关。当转速一定时，(4)在不同工况下，离心力做功基本上不变，升力离心力做功为常数，而与运行工况无关。做功的变化较为明显，这就决定了其外特

7、性曲线的变化趋势。5．3升力做功本文的研究结果，可为后续开展有关升力做功优为了能够更加清楚地了解离心泵内升力做功对其化设计方面的相关研究提供理论依据。水力性能产生的影响，可以定义：无量纲系数=参考文献：171[1]关醒凡．现代泵理论与设计[M]．北京：中国宇航出版社，2011．[2]WorsterRC．Theflowinvolutesanditseffectsoncentrifugalpump=等一1和=Hl，它们分别表示离心泵内升力做功performance[J]．InstitutionofMechanicalEngineers，1963，177与离心力做功

8、和叶片理论扬程的比值。(31)．And