東莞南方泵業(yè)在分析離心葉輪通道內(nèi)流動(dòng)基本是由相對(duì)較小的尾流區(qū)和近似于無(wú)粘性的射流區(qū)組成，考慮到真實(shí)流體的粘性作用，在南方水泵的B-B通道上的工作面和非工作面都形成了邊界層，在葉片曲率以及旋轉(zhuǎn)的作用下，由于二次流的影響，非工作面上的邊界層越來(lái)越厚，還容易在某一小流量下發(fā)生失速現(xiàn)象，從而導(dǎo)致邊界層分離。廣東南方泵業(yè)對(duì)流線曲率和旋轉(zhuǎn)對(duì)邊界層穩(wěn)定性的影響做了詳細(xì)剖析：

1．流線曲率對(duì)邊界層的影響，假設(shè)有一流體微團(tuán)在流動(dòng)中受到擾動(dòng)時(shí)，有一個(gè)凈恢復(fù)力能使它返回原來(lái)的流線位置，就稱這種流動(dòng)是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。繞葉輪工作面上邊界層內(nèi)的流動(dòng)，在層1處的微團(tuán)是平衡狀態(tài)，即其壓力梯度與離心力是平衡的，則：

∂p/∂y=ρ u²/(R+y)

式中R——工作面的曲率半徑（mm）

U——圓周速度（m/s）

當(dāng)工作面上邊界層內(nèi)的層1流體為微團(tuán)受擾動(dòng)離開層1位置到層2位置時(shí)，由于其仍保持層1的平均速度，而層2 的壓力梯度比層1的壓力梯度高，因此就產(chǎn)生一個(gè)起穩(wěn)定作用的恢復(fù)力，即曲率對(duì)南方水泵內(nèi)葉輪流道表面的邊界層是穩(wěn)定的。同樣的方法可得出曲率對(duì)非工作面的邊界層是不穩(wěn)定的，即邊界層內(nèi)微團(tuán)之間存在湍流量的交換。引入一個(gè)Richardson數(shù)說(shuō)明曲率對(duì)邊界層的影響，即

Ric=2U/R / ∂u/ ∂y

式中 u——流體微團(tuán)的平均速度（m/s）。

對(duì)凸表面R＞0，而對(duì)凹表面R＜0，當(dāng)Ric＞0時(shí)，曲率對(duì)邊界層的效應(yīng)是促進(jìn)穩(wěn)定，而Ric＜0時(shí)曲率將起降低穩(wěn)定的作用。

2．旋轉(zhuǎn)對(duì)邊界層的影響

東莞南方泵業(yè)考慮如圖2所示的邊界層內(nèi)處于平衡位置層1的流體微團(tuán)，其哥氏力與壓力梯度相等，即

1/ρ* ∂ρ*/ ∂y=2ρuw

假設(shè)層1的流體為微團(tuán)受擾動(dòng)離開層1位置達(dá)到層2位置，由于層2的壓力梯度比層1 的壓力梯度大，而原層的平均速度保持不變，因此該微團(tuán)在層2位置處將失去平衡，即旋轉(zhuǎn)對(duì)葉輪工作面上的邊界層起降低穩(wěn)定作用，而對(duì)非工作面的邊界層其穩(wěn)定作用。

3．曲率和旋轉(zhuǎn)對(duì)葉輪流道邊界層的綜合效應(yīng)及流動(dòng)分離

廣東南方泵業(yè)對(duì)于后彎型的離心葉輪，其通道上的邊界層同時(shí)受到曲率和旋轉(zhuǎn)的影響，引入一個(gè)綜合反應(yīng)曲率和旋轉(zhuǎn)的Ricardson數(shù)Ri，即：

Ri=Ric+RiΩ=2(u/R-w) ∂u/∂y

南方水泵廠系列的低比轉(zhuǎn)速高速誘導(dǎo)輪離心泵流量小而揚(yáng)程高，葉輪流道里液流的相對(duì)速度與旋轉(zhuǎn)角速度的比值數(shù)量級(jí)較小。因此對(duì)工作面上的邊界層而言，Ri＜0；而對(duì)非工作面上的邊界層，Ri＞0,。即工作面上的邊界層是不穩(wěn)定的，而非工作面上的邊界層是穩(wěn)定的。由于受到葉輪流道內(nèi)的二次流的影響，工作面不穩(wěn)定邊界層力的低能微團(tuán)就會(huì)通過(guò)前、后蓋板進(jìn)入非工作面上的邊界層，致使非工作面的邊界層越來(lái)越厚，而工作面上的邊界層則很薄，邊界層力的液流速度較低，而邊界層外主流的液流速度較高，這樣就形成了圖中所示的尾流-射流結(jié)構(gòu)。

假設(shè)南方水泵在低于設(shè)計(jì)流量的某一小流量下工作，由于葉輪流道的液流受到的葉片的加功作用不一樣，靠近工作面的液流受到葉片的加功作用強(qiáng)而靠近非工作面的液流受到葉片的加功作用弱，這樣就很容易使某一流道的葉片非工作面的邊界層分離，即液流反向流動(dòng)。由于分離區(qū)內(nèi)的液流速度大大低于主流區(qū)內(nèi)的液流速度，因而這種分離就對(duì)通道內(nèi)的液流起到阻塞作用，使來(lái)溜的一部分順著旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入下一流道，致使該流道的液流正沖角減小，該流道的非工作面邊界層分離減弱。而另一部分液流則逆著旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入下一流道，致使該流道的液流角增大，又促使該流道非工作面上的邊界層產(chǎn)生分離，這樣失速區(qū)就沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向傳播下去。當(dāng)流道內(nèi)產(chǎn)生邊界層分離時(shí)，就在分離區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的湍流和旋渦，流動(dòng)損失很大，使東莞南方泵業(yè)泵的揚(yáng)程和效率下降，并且由于失速區(qū)的不斷發(fā)生，發(fā)展和減弱，促使南方離心泵的出口壓力產(chǎn)生脈動(dòng)，即發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。

4．葉輪出口二次流

南方水泵廠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，葉輪出口二次流實(shí)際上是葉輪出口液流不均勻流動(dòng)與處于湍流流動(dòng)狀態(tài)的蝸殼聯(lián)合作用時(shí)出現(xiàn)的，如圖3，對(duì)于低比轉(zhuǎn)速高速誘導(dǎo)離心泵而言，流出離心輪的液流速度很高，這樣液流就在蝸殼力的流動(dòng)機(jī)泵處于阻力平房區(qū)的湍流狀態(tài)。由圖中可知，由于高速離心泵離心輪出口的尾流-射流結(jié)構(gòu)，使得離心輪出口液流相對(duì)速度沿寬度方向存在著較大的梯度。即一部分液流以很大的相對(duì)速度流出葉輪，而另一部分液流又以很小的相對(duì)速度離開葉輪。如離心輪道內(nèi)產(chǎn)生流動(dòng)分離，另一部分液流則以負(fù)的相對(duì)速度離開葉輪。這樣一部分液流的絕對(duì)速度圓周分速度c2u較大，超過(guò)蝸殼內(nèi)平均速度vth，因此它以高能量撞擊蝸殼里的液流，使蝸殼里的液流重新獲得一部分能量，而另一部分的液流的c2u較小，低于vth，因此又被壓回葉輪中去重新獲得能量，這就形成了葉輪與蝸殼聯(lián)合作用時(shí)的二次流動(dòng)。實(shí)際上這種二次流動(dòng)可增大揚(yáng)程，但是由于二次流動(dòng)時(shí)靠液流撞擊而獲得能量的，因此也帶來(lái)很大的水力損失，葉輪里的尾流-射流結(jié)構(gòu)越強(qiáng)，那么這種射流與尾流在蝸殼里的撞擊及擾動(dòng)所造成的損失就越大，致使廣東南方泵業(yè)系列的高速離心泵效率下降。

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