一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统

本发明涉及流体力学，特别涉及一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统。

背景技术：

1、多相混输泵作为一种旋转式机械，在其叶轮优化设计方面，主要涉及两个方面：内部流动机理与模型设计优化。

2、内部流动机理研究：过去的研究集中在多相混输泵叶轮内部流动的机理、特性和优化。通过数值模拟、实验测试以及理论分析，研究人员深入探究了多相流体在叶轮内部的流动规律、相互作用以及对泵性能的影响。这些研究成果对于改进叶轮设计、提高泵的性能和稳定性起到了重要作用。

3、叶轮模型设计优化：传统的叶轮设计优化主要集中在叶片形状的改进和开槽优化上，通过调整叶片的几何形状和结构参数来提高泵的效率和性能。然而，现有的设计方案往往忽视了叶顶间隙对泵性能的影响。叶顶间隙是指叶片与泵壳之间的间隙，它对于泵的流体动力学性能和泵的工作效率具有重要影响。因此，对叶顶间隙进行合理的设计和优化对于改善泵的性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统。

2、为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统,包括以下步骤：

4、s1：选择自主研发的多相混输泵模型作为研究对象；

5、s2：引入参数β和λ来衡量叶片长度和位置对流场的影响。

6、β表示短叶片长度与原叶轮长叶片长度的比例，λ表示长短叶片对圆心角的比例。

7、s3：设计短叶片的长度和位置，通过调节β和λ参数来实现不同的叶片结构采用螺旋式叶片设计，考虑叶片的形状、倾角和扭曲度因素。

8、s4：选取欧拉模型进行多相流数值模拟，根据欧拉模型，建立多相流的连续性方程和动量方程，对设计的叶片结构进行流场仿真分析；

9、s5：根据数值模拟结果，计算设计模型的扬程、水力效率和总效率。扬程通过进出口总压差计算，水力效率考虑了流量、扭矩和转速的关系，总效率考虑机械效率和容积效率。

10、s6：计算实验与模拟的相对偏差，验证数值模拟的准确性。

11、s7：根据实验结果对叶片设计进行调整和改进，进一步优化叶片结构，不断迭代优化过程，直至达到预期的抑制气液分离效果，并且使泵性能达到最佳状态。

12、进一步地，设两个β值β1＝0.4，β2＝0.5和三个λ值，λ1＝0.3、λ2＝0.45和λ3＝0.6，保持其他结构参数不变。将β和λ组合，设计出六个复合叶轮。

13、进一步地，计算设计模型的扬程、水力效率与总效率公式如下：

14、

15、

16、η＝η1×η2×η3

17、式中，h为扬程，m；pout为多相混输泵的出口总压、pin为多相混输泵的进口总压，pa；ρ为流动介质密度，单位kg/m3；g为重力加速度，单位m/s2；η1为水力效率，％；q为设计流量，单位m3/s；m为叶轮扭矩，单位n·m；ω为转速，单位rad/s；η2机械效率92％，η3为容积效率84％。

18、本发明公开了一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统，该方法能够用于实施上述的一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统，具体的，包括：模型选择模块：模型优化设计模块。

19、参数引入模块：引入参数β和λ来衡量叶片长度和位置对流场的影响。

20、β表示短叶片长度与原叶轮长叶片长度的比例。

21、λ表示长短叶片对圆心角的比例。

22、叶片设计模块：设计短叶片的长度和位置，通过调节β和λ参数来实现不同的叶片结构。考虑叶片的形状、倾角和扭曲度因素。

23、数值模拟模块：选取欧拉模型进行多相流数值模拟。根据欧拉模型，建立多相流的连续性方程和动量方程。对设计的叶片结构进行流场仿真分析。

24、性能评估模块：根据数值模拟结果，计算设计模型的扬程、水力效率和总效率。扬程通过进出口总压差计算，水力效率考虑了流量、扭矩和转速的关系，总效率考虑机械效率和容积效率。

25、验证与调整模块：计算实验与模拟的相对偏差，验证数值模拟的准确性。根据实验结果对叶片设计进行调整和改进，进一步优化叶片结构。不断迭代优化过程，直至达到预期的抑制气液分离效果，并使泵性能达到最佳状态。

26、本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述抑制气液分离的螺旋式叶片设计方法。

27、本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述抑制气液分离的螺旋式叶片设计方法。

28、与现有技术相比，本发明的优点在于：

29、1.气液分离抑制效果显著：通过增设螺旋式叶片，可以有效减少多相混输泵叶轮出口处的气液分离现象，提高泵的输送性能和稳定性。

30、2.优化设计参数：通过系统化的设计方法，可以灵活调节叶片的长度、位置和形状等参数，实现对气液分离的有效抑制，同时优化多相混输泵的外特性。

31、3.提高性能：通过数值模拟和实验验证，可以准确评估设计方案的性能指标，如扬程、水力效率和总效率，进而优化设计方案，提高多相混输泵的整体性能。

32、4.深入研究流场特性：系统化设计方法和流场仿真分析可以深入研究增设叶片后多相混输泵内外流场的特性变化，为理解多相流动机理提供重要依据。

33、5.提供参考意义：通过观测增设叶片后相关设计参数对多相混输泵内外流场特性的影响，为今后多相混输泵的模型优化设计提供重要的参考意义，推动多相混输泵技术的进一步发展。

技术特征：

1.一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统,其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及叶轮，其特征在于：设两个β值β1＝0.4，β2＝0.5和三个λ值，λ1＝0.3、λ2＝0.45和λ3＝0.6，保持其他结构参数不变；将β和λ组合，设计出六个复合叶轮。

3.根据权利要求1所述的一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及叶轮，其特征在于：计算设计模型的扬程、水力效率与总效率公式如下：

4.一种抑制气液分离的螺旋式叶片设计系统，其特征在于：该系统能够用于实施权利要求1至3其中一项所述的一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及叶轮，具体的，包括：模型选择模块：选择多相混输泵模型；

5.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4其中一项所述的抑制气液分离的螺旋式叶片设计方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4其中一项所述的抑制气液分离的螺旋式叶片设计方法。

技术总结本发明为一种抑制气液分离的螺旋轴流式复合叶轮设计方法及系统，公开了一种抑制气液分离的螺旋式叶片设计方法和系统，包括：选择多相混输泵模型作为研究对象，并引入参数来衡量叶片长度和位置对流场的影响。设计短叶片的长度和位置，通过调节β和λ参数实现不同叶片结构的设计。采用欧拉模型进行多相流数值模拟，对设计的叶片结构进行流场仿真分析。根据数值模拟结果，计算设计模型的扬程、水力效率和总效率，并验证数值模拟的准确性。根据实验结果对叶片设计进行调整和改进，以达到预期的抑制气液分离效果，优化泵性能。本发明为多相混输泵的性能优化提供了重要参考，能够提高泵的稳定性和可靠性，降低能耗和维护成本。技术研发人员：史广泰,姚鑫,周小来,文海罡,刘银受保护的技术使用者：西华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2