離心泵葉輪流道中的二次流與分層效應

摘要：本文由湖南長沙多級離心泵廠家華力泵業整理發布，文章介紹了離心泵葉輪流道中的二次流與分層效應。

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現在的流場分析與流動測試研究已表明離心葉輪流道內的流動基本上是由相對速度較小的尾流區和近似于無粘性的射流區所組成，尾流區緊貼在葉輪的前蓋板和非工作面上，尾流區愈寬，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-尾流結構愈強，葉輪內的損失也就愈大。尾流的形成與發展是邊界層的發展、二次流的發展、流動分離和分層效應等因素相互影響相互促進而形成的。

關于二次流的形成及其對尾跡的影響，國內外許多學者作了研究，定性來講可用下式來分析葉輪旋轉流道中的二次流：

EMBEDEquation.2(2-1)

上式中的EMBEDEquation.2為旋轉滯止壓力，EMBEDEquation.2為相對流線的旋轉分量，EMBEDEquation.2分別為I對次法線方向和旋轉軸方向的偏導數。上式表明相對流線方向的旋渦是由兩個因素產生：一是為具有半徑Rn的流線曲率，另一是旋轉角速度ω引起的。

旋轉滯止壓力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邊界層內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I的最小值出現在壁面上，其值等于p*。

考慮葉輪流道的B-B流動，假設由于進口管壁面的摩擦已經產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，流線曲率由葉片曲率產生，次法線方向的旋轉壓力梯度是由前蓋板邊界層損失引起的，第一項產生的正的流線方向的旋轉分量EMBEDEquation.2。而在靠近內直徑處的B點，引起負的EMBEDEquation.2，其結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的低I微團流到非工作面上，并且從連續性出發也把工作面上的低I微團驅趕到非工作面上去，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EMBEDEquation.2和二次流，這樣也就把前、后蓋板邊界層內低能微團驅趕到非工作面上去，增加了非工作面上的邊界層。

將同樣的分析方法應用于子午平面內，當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的低I微團驅趕到前蓋板上，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；它使流動從進口沖角方向轉到軸線方向，把前、后蓋板表面上邊界層內的低I流體微團驅趕到非工作面上，由于工作面邊界層內的低I流體微團是不穩定的，因此也被驅趕到非工作面上。

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的低I流體微團轉移到前蓋板表面。

3)旋轉；隨著流動從軸向到徑向，旋轉對二次流旋渦的貢獻不斷增加，哥氏力產生的二次流使低I流體從前、后蓋板表面以及不穩定的工作面表面的低I流體轉移到非工作面上

由于分層效應的影響，使高能流體微團在工作面和后蓋板一側積聚，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則有低能流體微團積聚，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。