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[摘 要]随着国家经济建设的逐渐推进，我国科学技术发展得到很大程度的提高。多级泵的应用较为广泛，在人们生产生活的各个领域发挥了积极作用，它的应用为人们生活条件水平的提高奠定了坚实的基础，是人们发展建设的重要内容。因此，本文将以多级泵内部流动为文章阐述的主要内容，通过对其内部流动进行分析，进而给出相应的性能预测，以供参考。
[关键词]多级泵 内部 流动 性能分析
中图分类号：TL211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0112-01
前言
多级泵，在人们的生产生活中发挥了重要作用。它不仅具有扬程高的特点，而且其占地面积相对较小，能够被广泛的应用在电力，矿业，农业和石化等多个工作领域。随着其应用范围的逐渐扩大，其多级泵的性能也需要得到不断的加强，促进其运行稳定性的增强。并在计算机技术和流体力学得以长效发展的社会背景下，促进对数值方法的应用，展开对离心泵内部流场的研究，就变的很有必要。
1、内部流动分析
1.1 速度分布
在多级泵中，多级轴面的速度分布是相对重要的。其具体分布中，流体的流速在进入室内流体的过程中是相对较低的，针对进水管的流动过程中，其速度是相对较均匀的，只有在进入到进水室的过程中，其流体的上半部分才会出现流速较大的情况，但也只是与其下半部分进行比较而行成的结果。流体在进入到第一级的叶轮之后，其中的流速会随着叶轮的转动，而产生其径向流速的逐渐增大。而在进入到导叶后，相对应的流速会随着其流动的方向出现一定的降低情况。直到其进入到三级的中流体中时，其流速开始被逐渐降低，出现分布不均匀的情况，并且其上半部分要比下半部分的流速较大。在这样的情况下，其下部分也会伴随一些滞留现象的产生，但是其泵出水管中的流速是相对均匀的。
然后对二级叶轮中的正反导叶中所存在的界面绝对速度所具有矢量进行研究。其中，它会受到叶轮片数的影响，与正导叶上叶片数相互成为质数，并且，会随着叶轮的不断旋转，而使其叶轮与导叶之间的相对位置发生不断的改变。在这样的情况下，其正导叶上的叶片头会发生一定的改变，并对各个流道内的流场产一定的影响，但是对不同的流场其所表现出来的影响也是不相同的。这在很大程度上导致叶轮内的各个流道流場形成了分对称性，并且其存在一定的不稳定性。就流体老说，因为其在叶轮的进口处所形成的流速相对较少，这就使得流体在进入到叶轮后，会形成一定的旋转，并对流体形成一定的有用功。这会促进流速的增加，直到到达叶轮出口的附近，其能够形成最大值。在同一个流道内，相同的半径位置，将叶轮压力的面测流速与叶轮吸力存在的面侧流速相比较，前者要比后者的流速较大。
1.2 压力分布
在多级泵的轴面上存在一定的静压，对多级泵的运行具有一定影响。因此，我们将其进行研究。在多级泵进入水室的时候，其存在的静压值是相对较低的，不仅存在分布较为均匀的情况，而且当其进入到以及叶轮后，其所产生的经验值会之间增加，其增加的过程中，会随着叶轮级数的增加逐渐增加，进而导致其泵内流体的静压值出现增加的情况，在泵出口处会形成最大值。与此同时，这个过程中，受到流体在进入到进水室的过程中，其水利会造成一定的损失，这就导致泵进口到第一集叶轮进口处的静压值要会发生一定的变化，被逐渐减小[1]。
然后就第一级叶轮与正导叶和反导叶中存在的截面静压分布进行分析。具体的过程中，第一级叶轮的进口处所存在的静压值相对较小，而在叶片的背面，也就是其进口处但是相对靠后的位置，具有一定的低压区，其形成原因主要是受到流道弯转内部的影响，使得其流体需要进行转弯，这会导致其离心力的产生，导致流速的增加，使其压力减小。在这样的情况下，将叶片背面进口位置和其其他的地方相比较，其所表现出来半径相对较大，这对其圆周速度造成了一定影响，促进相对速度的增加，导致进口压力出现损失情况，绕流降压也被增大，这时的正导叶头部也会流体产生一定的干扰作用和阻挡作用，导致整个叶轮和导叶的衔接区形成低压区，这时的流体在进入到正导叶之后，就会形成一定的扩散作用，导致流体的动能被逐渐转化为压能，经验值就会随着其流动的方向出现逐渐升高的情况，促进静压最大值的形成[2]。直到其进入到反导叶之后，其程水力会受到破坏，导致静压值的降低。
2、外特性预测
对多基本进行性能研究，对其进行预测。我们将主要对其扬程，效率和轴功率进行计算。在具体的操作过程中，其对应的计算公式为：H=，这主要是针对扬程展开计算的相关公式，在对轴功率进行计算的公式为：，而对应的效应计算公式则为：。在这些式子中，为相应的多级泵的进口和出口所形成的总压差。而p为流体的密度，g为重力所具有的加速度，为泵级的进口面高度和出口面高度所形成的差值，m则为叶轮的中心轴力矩，是多级泵中转动角所形成的速度（图1）。
在经过相应的的计算和实际操作等，将其用图像进行表示，可以看出，其中人们进行预测的数值和其实际工作过程中形成的性能曲线基本保持一致。但是在进行计算的过程中，要想促进划分网格操作的便捷开展，将几何模型进行简化，可以在具体的计算过程中，将叶片与盖板之间形成的间隙忽略不计。并且，在模拟计算的过程中，我们同样将多级泵进行运行的过程中，其轴封处的泄露和级间存在的泄露进行忽略。也就是说，在进行模拟计算的过程中，我们只将计算域中存在的水利损失和产生的效应进行了计算，这就在很大程度上导致预测结果和实际的测试结果具有一定的偏差。相应的扬程和效率要高于实际值，而轴功率产生的预测值则比实际的值要低。但是其差值均在工程进行应用过程中的可接受范围内，也就是说，多级泵的可行性较高。
3、结论
在对多级泵的内部流动情况进行分析，对其可行性展开预测的过程中，研究结果表明，在多级泵内，其速度和静电分布都呈现出一定的不确定性，针对首级叶轮来说，其叶片背面的进口稍后处，所具有的静压值表现出最低值，也就是说，这一区域内最容易出现汽浊的现象。而叶轮的出口和导叶进口之间形成的衔接处，其存在流动状况较为复杂的现象，极易发生逆流现象，并且这些地域中，存在一定的低压区，不利于整个系统的运行。就径向式导叶来说，其主要作用是将流体的速度进行降低，并且能够将流体的旋转分量进行消除。因此，在对多级泵的结构优化问题进行研究的过程中，需要将其内部的流动状况进行改善，促进多级泵运行效率的提高，将其稳定性进行增强。
参考文献
[1] 江见福，顾伯勤，邵春雷.多级泵内部流动分析及其性能预测[J].南京工业大学学报（自然科学版），2012，34（05）：94-98.
[2] 宋志光.多级离心泵导叶流动性能及优化设计的研究[D].华南理工大学，2014.
[关键词]多级泵 内部 流动 性能分析
中图分类号：TL211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0112-01
前言
多级泵，在人们的生产生活中发挥了重要作用。它不仅具有扬程高的特点，而且其占地面积相对较小，能够被广泛的应用在电力，矿业，农业和石化等多个工作领域。随着其应用范围的逐渐扩大，其多级泵的性能也需要得到不断的加强，促进其运行稳定性的增强。并在计算机技术和流体力学得以长效发展的社会背景下，促进对数值方法的应用，展开对离心泵内部流场的研究，就变的很有必要。
1、内部流动分析
1.1 速度分布
在多级泵中，多级轴面的速度分布是相对重要的。其具体分布中，流体的流速在进入室内流体的过程中是相对较低的，针对进水管的流动过程中，其速度是相对较均匀的，只有在进入到进水室的过程中，其流体的上半部分才会出现流速较大的情况，但也只是与其下半部分进行比较而行成的结果。流体在进入到第一级的叶轮之后，其中的流速会随着叶轮的转动，而产生其径向流速的逐渐增大。而在进入到导叶后，相对应的流速会随着其流动的方向出现一定的降低情况。直到其进入到三级的中流体中时，其流速开始被逐渐降低，出现分布不均匀的情况，并且其上半部分要比下半部分的流速较大。在这样的情况下，其下部分也会伴随一些滞留现象的产生，但是其泵出水管中的流速是相对均匀的。
然后对二级叶轮中的正反导叶中所存在的界面绝对速度所具有矢量进行研究。其中，它会受到叶轮片数的影响，与正导叶上叶片数相互成为质数，并且，会随着叶轮的不断旋转，而使其叶轮与导叶之间的相对位置发生不断的改变。在这样的情况下，其正导叶上的叶片头会发生一定的改变，并对各个流道内的流场产一定的影响，但是对不同的流场其所表现出来的影响也是不相同的。这在很大程度上导致叶轮内的各个流道流場形成了分对称性，并且其存在一定的不稳定性。就流体老说，因为其在叶轮的进口处所形成的流速相对较少，这就使得流体在进入到叶轮后，会形成一定的旋转，并对流体形成一定的有用功。这会促进流速的增加，直到到达叶轮出口的附近，其能够形成最大值。在同一个流道内，相同的半径位置，将叶轮压力的面测流速与叶轮吸力存在的面侧流速相比较，前者要比后者的流速较大。
1.2 压力分布
在多级泵的轴面上存在一定的静压，对多级泵的运行具有一定影响。因此，我们将其进行研究。在多级泵进入水室的时候，其存在的静压值是相对较低的，不仅存在分布较为均匀的情况，而且当其进入到以及叶轮后，其所产生的经验值会之间增加，其增加的过程中，会随着叶轮级数的增加逐渐增加，进而导致其泵内流体的静压值出现增加的情况，在泵出口处会形成最大值。与此同时，这个过程中，受到流体在进入到进水室的过程中，其水利会造成一定的损失，这就导致泵进口到第一集叶轮进口处的静压值要会发生一定的变化，被逐渐减小[1]。
然后就第一级叶轮与正导叶和反导叶中存在的截面静压分布进行分析。具体的过程中，第一级叶轮的进口处所存在的静压值相对较小，而在叶片的背面，也就是其进口处但是相对靠后的位置，具有一定的低压区，其形成原因主要是受到流道弯转内部的影响，使得其流体需要进行转弯，这会导致其离心力的产生，导致流速的增加，使其压力减小。在这样的情况下，将叶片背面进口位置和其其他的地方相比较，其所表现出来半径相对较大，这对其圆周速度造成了一定影响，促进相对速度的增加，导致进口压力出现损失情况，绕流降压也被增大，这时的正导叶头部也会流体产生一定的干扰作用和阻挡作用，导致整个叶轮和导叶的衔接区形成低压区，这时的流体在进入到正导叶之后，就会形成一定的扩散作用，导致流体的动能被逐渐转化为压能，经验值就会随着其流动的方向出现逐渐升高的情况，促进静压最大值的形成[2]。直到其进入到反导叶之后，其程水力会受到破坏，导致静压值的降低。
2、外特性预测
对多基本进行性能研究，对其进行预测。我们将主要对其扬程，效率和轴功率进行计算。在具体的操作过程中，其对应的计算公式为：H=，这主要是针对扬程展开计算的相关公式，在对轴功率进行计算的公式为：，而对应的效应计算公式则为：。在这些式子中，为相应的多级泵的进口和出口所形成的总压差。而p为流体的密度，g为重力所具有的加速度，为泵级的进口面高度和出口面高度所形成的差值，m则为叶轮的中心轴力矩，是多级泵中转动角所形成的速度（图1）。
在经过相应的的计算和实际操作等，将其用图像进行表示，可以看出，其中人们进行预测的数值和其实际工作过程中形成的性能曲线基本保持一致。但是在进行计算的过程中，要想促进划分网格操作的便捷开展，将几何模型进行简化，可以在具体的计算过程中，将叶片与盖板之间形成的间隙忽略不计。并且，在模拟计算的过程中，我们同样将多级泵进行运行的过程中，其轴封处的泄露和级间存在的泄露进行忽略。也就是说，在进行模拟计算的过程中，我们只将计算域中存在的水利损失和产生的效应进行了计算，这就在很大程度上导致预测结果和实际的测试结果具有一定的偏差。相应的扬程和效率要高于实际值，而轴功率产生的预测值则比实际的值要低。但是其差值均在工程进行应用过程中的可接受范围内，也就是说，多级泵的可行性较高。
3、结论
在对多级泵的内部流动情况进行分析，对其可行性展开预测的过程中，研究结果表明，在多级泵内，其速度和静电分布都呈现出一定的不确定性，针对首级叶轮来说，其叶片背面的进口稍后处，所具有的静压值表现出最低值，也就是说，这一区域内最容易出现汽浊的现象。而叶轮的出口和导叶进口之间形成的衔接处，其存在流动状况较为复杂的现象，极易发生逆流现象，并且这些地域中，存在一定的低压区，不利于整个系统的运行。就径向式导叶来说，其主要作用是将流体的速度进行降低，并且能够将流体的旋转分量进行消除。因此，在对多级泵的结构优化问题进行研究的过程中，需要将其内部的流动状况进行改善，促进多级泵运行效率的提高，将其稳定性进行增强。
参考文献
[1] 江见福，顾伯勤，邵春雷.多级泵内部流动分析及其性能预测[J].南京工业大学学报（自然科学版），2012，34（05）：94-98.
[2] 宋志光.多级离心泵导叶流动性能及优化设计的研究[D].华南理工大学，2014.