泵装置模型试验模拟方法.ppt

《泵装置模型试验模拟方法研究》 一、泵装置模型试验模拟方法分析意义 模型试验是科学研究的重要方法之一 自然界是一纷繁复杂的物质系统，大系统中又包含着许多子系统，各系统按其一定的规律进行着不同的变化过程，从而呈现出多姿多彩的物质世界。 科学研究工作者就是要探求系统外在表现之间相互隐含客观存在规律。为了描述系统变化的属性（特征），需定义与此现象相关的参数，这样，探求现象的规律体现为探求参数之间相互关系。 自然科学之研究方法一般可划分为： 严密的理论表述 近现代数值计算 试验研究 三种方法比较（1）基于已有或已建理论体系的理论表述方法的推演严密，其解是连续的。但当理论受自身应用域限制或仍未出现相应可用理论时，理论表述受到很大的局限。（2）数值计算是随计算方法科学、计算工具的发展而形成一种研究方法，它主要是在现象发生域内求解有限个离散点上的参数值，其描述的准确性很大程度上取决于所采用方程的正确性、离散误差和计算误差。（3）试验研究试图直接探测研究系统或者缩小（放大）研究域描述参数，一般所得结果是离散的，其描述的准确性很大程度上测试手段、测试 方法、测试仪器、模型现象对原型现象的重现性。 工程应用的现实意义 随着南水北调东线一期工程开工建设及流域治理、城市防洪工程等项目的实施，大批大型泵站在建或即将建设；上世纪六七十年代建设的数百座泵站设备老化需更新、原进出水流道需改造优化。而泵装置模型试验作为大型泵站工程建设和更新改造中泵水力模型优选、进出水流道水力优化设计、泵装置动力性能预测、安全可靠性的重要手段与依据，在国内外已普遍采用。泵装置模型试验要求模型、原型相似，即符合动力系统的几何相似、运动相似和动力相似，原型和模型在几何相似基础上需满足一定的相似准则。系统分析原、模型泵装置的相似性对模型正确设计及由模型现象合理推知原型现象具有重要意义。 二、泵装置模型试验模拟方法 动力特性试验模拟方法 质量力有势的兰姆形式的Navier—Stokes方程： （1） 式中 为速度矢量； ；质量力 当流动恒定且为充分湍流时，对兰姆方程进行相似变换可得： （2） 式中 、 、 分别为单位质量液体总能头差、测压管差比尺和速度比尺。 由泵扬程 和泵装置 扬程定义，即进、出口两特征断面单位重量液体的总能头差，结合式（2），并取 ，则有： （3） 两相似体系运动相似则原、模型泵内对应点速度三角形几何相似，且速度矢量平行，则有： （4） 式中 、 、 、 为叶轮相对速度、圆周速度比尺、转速比尺和叶轮直径比尺。 设 ，由式（3）得： 、 （5） 上式实际上为欧拉数的另一表示形式；结合式（3）对泵装置而言又有： （6） 对几何相似的流动，原型和模型局部阻力系数相等。要使式（6）成立，就要求原型和模型的沿程阻力系数相等，即沿程阻力相似， 。若模型雷诺数满足 （ 为原型雷诺数； 为过渡粗糙区和粗糙区分界点雷诺数），沿程阻力系数可用谢才系数 表达，谢才系数用曼宁公式，要满足沿程阻力相似，则： （7） 式中 、 为谢才系数 比尺和曼宁糙率系数 比尺。