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，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。