自吸泵內(nèi)氣液兩相流分析及數(shù)學(xué)模式

　　界層方程及氣液兩相流理論，在定的假設(shè)條件下，得出變密度和無因次縱向速度方程，并擬合出了葉輪出口自吸泵屬于特殊離心栗，是本世紀發(fā)展起來的新機種。與般離心泵比較，它具有不需要安裝底，啟動前不需灌水，能自行排出進水管中的空氣，把水吸上來的特點，特別是正常運行時，吸入少量氣體也不會中斷抽水。在我國多用于農(nóng)業(yè)排灌，噴灌，消防和輸送低粘度輕質(zhì)油料。近20年來自吸泵發(fā)展很快，在小型泵領(lǐng)域中，它正向著高速小型，高揚程自動控制的方向發(fā)展。

　　1吸原理在裝有水的離心泵中，葉輪旋轉(zhuǎn)，將水壓入蝸殼和排出管中，使泵內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的水環(huán)，并受吸入和排出側(cè)的壓力差作用，其厚度與該壓力差有關(guān)。葉輪內(nèi)部充滿吸入的空氣3在葉輪流道前部起噴嘴的作用，后部起擴壓器的作用。通過葉輪的牽引作用在其外周處所驅(qū)動的水，經(jīng)過噴嘴8壓入，掠過葉片空間吣與該處的水空氣混合物發(fā)生混雜。由于在葉片空間獲得加速度，混合物立即被壓入由導(dǎo)壁和隔舌所形成的擴壓器形狀的流嚌其間流速降低在吐出口處混合物進步減患導(dǎo)致空氣與水分離時布在水流內(nèi)部的氣泡匯聚向上移動露出水面形成大量泡床并不斷破黏氣體逸出。脫氣后的水比泡沫重，沿著流道從回水孔流回葉輪，并被吸入蝸室，重新與氣體混合，參與帶走氣體當接近自吸上水時，吸入管道的水位己上升到高位置，水超過此位置后，便開始流進葉輪吸入口，迅速被葉輪甩走，吐出口附近的水位增高了，即靜壓增加。因而，與此靜壓保持平衡的葉輪外緣的泡沫帶及內(nèi)緣的等壓面就不斷地向軸心方向壓縮，直至正常上水，泡沫帶及等壓面消失。

　　由此可，自吸泵實現(xiàn)自吸須完成以下個過程將葉輪內(nèi)的空氣不斷排出葉輪有效地將氣水分尚使脫氣后的水不斷返回葉輪重新參工作31.

　　1.泵內(nèi)氣液混合狀態(tài)帶沖刷裝置的自吸泵2葉輪出口氣液兩相流分析本節(jié)內(nèi)容主耍矣考文獻46，液體湍流射流與氣體相對運動段由于離心力作用，從葉輪甩出的液體是密實的，除真空作用夕，由于流體邊界與氣體間的粘滯作用，射流和湍流將氣體從吸入室?guī)�入葉輪。液氣兩者作相對運動，且均為連續(xù)介質(zhì)，液體受葉輪及各種擾動的影響，在葉輪邊緣處形成紊流，產(chǎn)生脈動和面波。

　　液滴運動段旋轉(zhuǎn)的液體射流。增加了液氣接觸面，由于液體質(zhì)點的紊動擴，作用。射流而波的振幅不斷，大，當振幅大于射流半徑時，被剪切分散形成液滴。高速運動的液滴分散在氣體中，與氣體分子沖擊和碰撞。將能試傳給氣體，這樣。氣體被加違和卡縮。該流動段內(nèi)，液體變成不連續(xù)介質(zhì)。氣體仍為連續(xù)介質(zhì)，泡沫流運動段氣體被液滴粉碎為微小氣泡。液滴啦新聚合為液體，氣泡則分散在液體中。成為泡沫流。通過導(dǎo)葉的擴壓，混合液的壓力升高，氣體被進步壓縮。此時，液體為連續(xù)介質(zhì)，氣體變?yōu)榉稚⒔橘|(zhì)，由于液體的熱容量比氣體大，因此，氣體的壓縮為等溫過程。

　　液流段從導(dǎo)葉流出的氣液兩相流減壓減速，分布于水流內(nèi)部的氣泡有機會匯聚，向上移動，露出7尺面，形成大量泡沫。泡沫的不斷破裂使氣體逸出，脫氣后的水沿著泵殼經(jīng)導(dǎo)葉流回葉輪外緣，重新參與氣體混合，又稱為循環(huán)用水。

　　3葉輪出口氣液兩相流動方程的建立及流場為了作進步的探討，可作以下假設(shè)自吸過程中，在葉輪出口軸面方向，蝸殼內(nèi)的水假設(shè)為靜止液體在葉輪出口的導(dǎo)葉作用下，水為自由射流；氣體射流邊界層不受蝸殼截面的影響；假設(shè)氣體向液體的揣流射流是不可壓縮的，射流過程中沒熱量擴散，從整個自吸過程看，蝸室內(nèi)的氣液兩相流動模型可當作不隨時間而變的流場。假定在兩相流動的流場內(nèi)，氣相和液相的流速基本相等，兩相介質(zhì)己達到熱力平衡，因此流場內(nèi)的氣液兩相流可視為均流流動的流場，在整個流場中，密役為變量。

　　在氣液兩相流中，均流流場的流動密度與真實密度相等。而在整個流場中，密度為連續(xù)函數(shù)，即從氣相密度變?yōu)橐合嗝芏取Ｖ灰�給定密度的分布規(guī)律，就可以求解兩相流動的流場即葉輪軸面內(nèi)的速度場，從而進步建立自吸泵排氣量與自吸時間的計算模型。

　　3.1建立變密度的氣液兩相流的流動方程以下敘述主要參考文獻37勾。

　　根據(jù)托內(nèi)姆平平行射流理論，2.冬3.

　　9氣液兩相流的密度；〃縱向速度橫向速度呢1混合長度理論給，由式式21羽導(dǎo)出不壓縮難穩(wěn)定，流的射流邊界方柯為1沖，混合長度=.陽僉常數(shù)，射流發(fā)展距離2士，為怔，流流動結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗常數(shù)取，9.

　　選尤，9坐標，9=7，引入流函數(shù)中廠公外3.2確定氣液兩相流的流動密度設(shè)按指數(shù)規(guī)律變化的舊夜浞合物的密度為，Ar9內(nèi)邊界條件為化，=外邊界條件為9=90按指數(shù)規(guī)汴給定氣體的密度為3.3液兩相流微分方秤5的求解為了確定六個常數(shù)，3及射流邊界層內(nèi)外邊界的縱坐標9，9！可以采用以邊界條件在射流邊界層內(nèi)邊界處。即當，目標函數(shù)，利用無約束問的優(yōu)化方法，求得的極小值，便可解出該情況下的個系數(shù)。

　　3.4計算結(jié)果葉輪出口氣液兩相流無因次縱向速度，9如下式夕邊界與流動方向的傾角atvtga=l2.1內(nèi)邊界與流動方向的傾角=肌農(nóng)9=6.5 4掃氣貸及吸，間的計總模型4.1排氣量的計算對葉輪出口截面處積分，可得吸氣質(zhì)量流量其中，2葉輪夕徑；葉輪出口寬度，6系數(shù)；辦自吸高度，大氣壓下空氣的密度就越大，反之，排氣量就越小。它主要由栗體的結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉與葉輪間的間隙回流方式等因素決定的。

　　4.2含垂直吸入管的吸時間計算吸入管中氣體處于等溫膨脹過程，其氣體狀態(tài)方程為尸廠=坩及77私全微分得又因排氣量=咖辦設(shè)由式910并積分得自吸時間面上升的高度。

　　若試驗裝置中含有水平管段，當自吸抽氣達到水平管路時，水自動流向葉輪進口，液體會帶走吸入室內(nèi)剩余的空氣，算為輸水工況，因而可不考慮水平管的影響。