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離心泵葉輪流道中的二次流與分層效應(yīng)
摘要:本文由湖南長沙多級離心泵廠家華力泵業(yè)整理發(fā)布,文章介紹了離心泵葉輪流道中的二次流與分層效應(yīng)。
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現(xiàn)在的流場分析與流動測試研究已表明離心葉輪流道內(nèi)的流動基本上是由相對速度較小的尾流區(qū)和近似于無粘性的射流區(qū)所組成,尾流區(qū)緊貼在葉輪的前蓋板和非工作面上,尾流區(qū)愈寬,射流-尾流之間的剪層愈薄,兩者之間的速度梯度愈大,意味著射流-尾流結(jié)構(gòu)愈強(qiáng),葉輪內(nèi)的損失也就愈大。尾流的形成與發(fā)展是邊界層的發(fā)展、二次流的發(fā)展、流動分離和分層效應(yīng)等因素相互影響相互促進(jìn)而形成的。
關(guān)于二次流的形成及其對尾跡的影響,國內(nèi)外許多學(xué)者作了研究,定性來講可用下式來分析葉輪旋轉(zhuǎn)流道中的二次流:
EMBEDEquation.2(2-1)
上式中的EMBEDEquation.2為旋轉(zhuǎn)滯止壓力,EMBEDEquation.2為相對流線的旋轉(zhuǎn)分量,EMBEDEquation.2分別為I對次法線方向和旋轉(zhuǎn)軸方向的偏導(dǎo)數(shù)。上式表明相對流線方向的旋渦是由兩個(gè)因素產(chǎn)生:一是為具有半徑Rn的流線曲率,另一是旋轉(zhuǎn)角速度ω引起的。
旋轉(zhuǎn)滯止壓力I是動壓力EMBEDEquation.2和折算靜壓力EMBEDEquation.2之和,粘性的作用使I下降。由于在葉輪流道旋轉(zhuǎn)邊界層內(nèi)存在較大的相對速度梯度,因此具有均勻折算靜壓的邊界層內(nèi)I的最小值出現(xiàn)在壁面上,其值等于p*。
考慮葉輪流道的B-B流動,假設(shè)由于進(jìn)口管壁面的摩擦已經(jīng)產(chǎn)生了如圖所示的速度剖面,考慮B-B的流道的一個(gè)流面ABCD,靠近葉輪流道外直徑的A點(diǎn),流線曲率由葉片曲率產(chǎn)生,次法線方向的旋轉(zhuǎn)壓力梯度是由前蓋板邊界層損失引起的,第一項(xiàng)產(chǎn)生的正的流線方向的旋轉(zhuǎn)分量EMBEDEquation.2。而在靠近內(nèi)直徑處的B點(diǎn),引起負(fù)的EMBEDEquation.2,其結(jié)果是形成前蓋板及后蓋板表面邊界層上的二次流,使前、后蓋板表面邊界層內(nèi)的低I微團(tuán)流到非工作面上,并且從連續(xù)性出發(fā)也把工作面上的低I微團(tuán)驅(qū)趕到非工作面上去,這樣就增厚了非工作面上的邊界層。由于I梯度與ω幾乎垂直,由式(2-1)的第二項(xiàng)引起的二次流較小。由于在葉輪出口處的C、D兩點(diǎn)位于流道的徑流部位,因此主要由第二項(xiàng)引起如圖所示方向的正、負(fù)EMBEDEquation.2和二次流,這樣也就把前、后蓋板邊界層內(nèi)低能微團(tuán)驅(qū)趕到非工作面上去,增加了非工作面上的邊界層。
將同樣的分析方法應(yīng)用于子午平面內(nèi),當(dāng)流線由軸向向徑向拐彎時(shí),在工作面和非工作面邊界層上形成二次流旋渦,它們把工作面和非工作面上邊界層內(nèi)的低I微團(tuán)驅(qū)趕到前蓋板上,增厚了前蓋板表面的邊界層。
上面分析可以得出產(chǎn)生流線方向上二次流旋渦有三個(gè)來源:
1)彎曲葉片;它使流動從進(jìn)口沖角方向轉(zhuǎn)到軸線方向,把前、后蓋板表面上邊界層內(nèi)的低I流體微團(tuán)驅(qū)趕到非工作面上,由于工作面邊界層內(nèi)的低I流體微團(tuán)是不穩(wěn)定的,因此也被驅(qū)趕到非工作面上。
2)軸向向徑向拐彎;由于子午面上前后蓋板型線存在曲率,把工作面和非工作面以及后蓋板表面上邊界層內(nèi)的低I流體微團(tuán)轉(zhuǎn)移到前蓋板表面。
3)旋轉(zhuǎn);隨著流動從軸向到徑向,旋轉(zhuǎn)對二次流旋渦的貢獻(xiàn)不斷增加,哥氏力產(chǎn)生的二次流使低I流體從前、后蓋板表面以及不穩(wěn)定的工作面表面的低I流體轉(zhuǎn)移到非工作面上
由于分層效應(yīng)的影響,使高能流體微團(tuán)在工作面和后蓋板一側(cè)積聚,促使來流速度加快,并且邊界層增長緩慢,減少了分離傾向。而在非工作面和前蓋板一側(cè)則有低能流體微團(tuán)積聚,從而降低了來流速度,加劇了邊界層增長,助長了邊界層分離傾向。