国外水泵研究现状概述

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国外水泵研究现状概述
不久前，笔者以高级访问学者的身份赴美学
习进修了-段时期。通过广泛查阅近期资料、访问
有关网站、与国外同行专家座谈，对美国水泵技术
的科研现状、成就及发展趋势有所了解。这里将
自己的体会与认识整理成文，以期对国内同行把
握国外技术动向能有点滴帮助。
在60年代，用户主要关心泵类产品的基本性
能：效率、吸人特性、单调的H-p曲线等。市
场发展趋势为现代水泵提出了新的要求，在泵产品
实现了基本要求之后，产品成本和寿命成为决定
产品市场占有份额的基本要素，这里成本指终身
成本(1ife cycle cost)，即泵的销售成本、运行
成本和维护成本之和。在相当程度上，近数十年的
研究活动都是为了实现这两个目标。
速度、相对速度实验值与计算值吻合程度很高。
以内流场测试为基础，这-软件能可靠预测泵的
p、7-p 曲线，从而避免了使用各种经验系
数。还有研究人员使用Baldwin-Lomax紊流模
型，在同时计算了泵内泄漏，圆盘机械损失后，较
准确地预测了泵的轴功率。内流场测试技术目前
已具有较高的适应性和普遍性。有研究人员对30
台比转速从12～160的离心泵进行扬程、效率预
测，发现计算值与实验值最大偏差不超过2.5%。
利用这-软件的计算结果修正泵的水力设计
后，据报道，泵的效率最大能提高5%，使用寿命
从6个月延长到4年，噪声水平降低，泵的 p曲
线单调下降。由于避免了反复试制和实验模型泵，
新产品的研制周期和成本明显下降。
1 内流称算及产品性能预测 2 汽蚀机理
大容量计算机的广泛应用使得精确预测给定
几何参数水泵的扬程、效率已成为可能。在使用
CFD技术计算叶轮内流尝相对速度分布时，西
方较多使用称为TASSflow的软件。这-软件以有
限体积法为基础，以流体压力为独立变量，通过
求解雷诺应力时均Navier-Stokes方程，在多达
l l 600个节点上迭代计算速度场，并以标准k-
模型处理紊流特性，边界层中的速度则用对数速
度分布定律计算。由于这-软件考虑了哥氏加速
度和在叶片进口边或大曲率叶片表面引起较大的
网格尺寸比引起的收敛性，因而特别适合于旋转
流场的计算。对-台泵的计算结果表明，在最高效
率流量的0.53～1.2倍范围内，实测的叶轮内轴面
汽蚀现象领域中的-项重大研究成果是发现
了过流部件的汽蚀破坏程度dE/df与泵的汽泡
长度有如下指数关系：dE/dfKL ，且气
泡长度三有了近似计算方法。这-发现直接导致
了两项有较大应用价值的技术成果：第-，以计
算方法确定泵在不同转速下的NPSH 值。研究人
员曾引人-个比值R州：( .r-f3%)，(ri-f3%)，
式中f为无量纲化了的NPSH 值，即NPSHr，
(Ue /2g)，这里己，P为叶轮人口吸人眼处速度，
下标d.厂指可接受的NPSH.，i、3%分别指汽蚀
初生及扬程下降3%处的对应汽蚀余量值。以此
式为依据，可以导出R r Ue ，指数b大约为2。
为了计算-台给定泵可接受的NPSH 值，必须计
作者简介： 严敬(1 947-).男，江苏苏州人，教授.硕士。主要从事流体机械的研究与教学。
维普资讯 http:// 和 。后者可以利用热力学平衡条件的
势流分析获得，比如，有研究人员通过求解-系
列奇点方程，以二维方法得到的汽蚀初生条件与
实验值十分接近。 则要以实验确定。有了这些
数据后，即可计算泵的不出现破坏的NPSH 值。第
二，提出了-些有效的提高泵抗汽蚀性能的措施，
比如，为防止轮毂处汽蚀初生，将叶片进口边做
成凹向；使用特殊的叶片加厚规律以扩大无汽蚀
区域的过流能力；以椭圆叶片进口边减低此处压
力降，等等。这些措施对延长泵的使用寿命起到
了积极的保证作用。