疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置及其参数确定方法与流程

1.本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置及其参数确定方法。


背景技术：

2.轴流泵是一种具备大流量、低扬程特点的叶片泵，其中，高效率、高运行稳定性是轴流泵设计的重要指标；但在实际运行过程中，轴流泵在小流量工况下工作时，其叶顶泄漏涡会出现非定常破碎等不稳定流动，如此，则会导致叶顶通道会汇聚大量的低能流体，从而造成严重的叶顶堵塞，基于此，则会使轴流泵发生扬程骤降、泵体振动和噪音加剧等问题，同时，若轴流泵长期在该工况运行，还容易因叶片疲劳断裂而造成重大安全事故；因此，如何提供一种可疏通轴流泵叶顶堵塞的装置，已成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置及其参数确定方法，用以解决现有技术中的轴流泵在小流量工况下工作时，其叶顶泄漏涡会出现非定常破碎等不稳定流动，导致其叶顶通道会汇聚大量的低能流体，从而造成严重的叶顶堵塞的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.第一方面，提供了一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置，包括：
6.射流桥，其中，所述射流桥内设置有射流通道；
7.抽吸底座和喷流底座；
8.所述抽吸底座和所述喷流底座均为中空结构，其中，所述射流桥的一端连通所述抽吸底座，所述射流桥的另一端连通所述喷流底座，且当所述射流桥分别连接所述抽吸底座和所述喷流底座时，所述抽吸底座和所述喷流底座与所述射流通道连通，以形成流体射流桥路；
9.所述抽吸底座和所述喷流底座远离所述射流桥的一端分别固定在轴流泵的叶轮的圆周面上，其中，所述抽吸底座和所述喷流底座分别沿所述叶轮的轴向方向依次设置，所述抽吸底座与所述叶轮连接的端面上设置有抽吸口，所述喷流底座与叶连接的端面上设置有喷流口，且所述抽吸口与所述喷流口之间的压强不同。
10.基于上述公开的内容，本发明提供了一内部具有射流通道的射流桥，且该射流桥的一端通过抽吸底座安装在轴流泵的叶轮的圆周面上，另一端则通过喷流底座安装在叶轮的圆周面上；其中，在具体实施时，抽吸底座与叶轮的接触面上设置有抽吸口，喷流底座与叶轮的接触面上设置有喷流口，且抽吸底座和喷流底座均为中空结构，如此，三者连接时，则可在内部形成流体射流桥路；同时，抽吸口与喷流口的压强不同(抽吸口处的压强小于喷流口)，基于此，则可在利用抽吸口与喷流口之间的压强差，使流体在流体射流桥路内形成抽吸-喷射的流动循环，从而抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定流动，达到疏通叶顶通道
堵塞，改善轴流泵旋转失速以及保障轴流泵稳定运行的目的。
11.通过上述设计，本发明所提供的端壁射流装置，可抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定的流动，从而疏通了叶轮叶顶通道的堵塞，如此，解决了轴流泵在小流量工况下由于叶顶堵塞而产生的扬程骤降、噪音加剧以及旋转失速的问题，同时，由于本装置不需要外部能量的输入，能够有效减少具体实施的难度，因此，本装置具有广阔的发展前景，适用于在叶轮扩稳技术领域的大规模应用与推广。
12.在一个可能的设计中，所述射流桥包括：第一中空板、第二中空板以及第三中空板，其中，所述第一中空板为矩形板，且所述第二中空板和所述第三中空板均为弧形板；
13.所述第一中空板的一端连接所述第二中空板，所述第一中空板的另一端连接所述第三中空板，且当所述第一中空板分别连接所述第二中空板和所述第三中空板后，所述第一中空板、所述第二中空板以及所述第三中空板之间相互连通，以形成所述射流通道。
14.在一个可能的设计中，所述端壁射流装置设置有多个，且多个端壁射流装置周向设置在所述叶轮的圆周面上。
15.第二方面，提供了一种实施例第一方面或第一方面中任意一种可能设计的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法，包括：
16.获取仿真几何模型以及模型参数集，其中，所述仿真几何模型为安装在轴流泵的叶轮圆周面上的端壁射流装置的几何模型，所述模型参数集包含有多组模型参数，且任一模型参数包括端壁射流装置的安装结构参数，以及端壁射流装置中抽吸口的结构参数、射流桥的结构参数和喷流口的结构参数；
17.利用所述模型参数集，对所述仿真几何模型进行端部射流数值模拟处理，以得出所述仿真几何模型在以每组模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时所对应的数值模拟结果；
18.从若干数值模拟结果中，选择出最优的数值模拟结果，并将最优的数值模拟结果所对应的模型参数，作为所述端壁射流装置的最优结构参数。
19.在一个可能的设计中，从若干数值模拟结果中，选择出最优的数值模拟结果，包括：
20.根据各个数值模拟结果，计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数；
21.将最小的堵塞系数所对应的数值模拟结果，作为所述最优的数值模拟结果。
22.在一个可能的设计中，若干数值模拟结果中的任一数值模拟结果包括：目标流体在叶轮上的第一流体密度、目标流体在所述端壁射流装置内的第二流体密度、目标流体在叶轮上的第一流向速度以及目标流体在所述端壁射流装置内的第二流向速度，其中，所述目标流体为进行端部射流数值模拟处理时所使用的流体；
23.其中，根据各个数值模拟结果，计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数，包括：
24.对于任一数值模拟结果，根据所述任一数值模拟结果中的第一流体密度、第二流体密度、第一流向速度以及第二流向速度，并采用如下公式(1)，计算得到以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数；
25.be＝ab/a
ꢀꢀꢀ
(1)
[0026][0027]
上述公式(1)中，be表示以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数，ab为中间参数，a表示叶轮对应叶顶的周向截面面积；
[0028]
上述公式(2)中，ρ表示所述任一数值模拟结果中的第一流体密度，ρ
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流体密度，vm表示所述任一数值模拟结果中的第一流向速度，v
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流向速度。
[0029]
在一个可能的设计中，所述结构参数包括所述抽吸口的轴向长度和周向宽度，所述喷流口的结构参数包括喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的轴向距离、喷流口的喉部高度、喷流口的喷流角度和喷流底座与射流桥之间的连接高度；
[0030]
所述安装结构参数包括所述端壁射流装置的周向覆盖角度；以及
[0031]
所述射流桥的结构参数包括射流通道的长度和宽度。
[0032]
在一个可能的设计中，所述最优结构参数包括：抽吸口的最优轴向长度和最优周向宽度，其中，所述最优轴向长度为0.15ca，所述最优周向宽度为0.24ca，且ca表示叶轮对应叶顶的轴向弦长。
[0033]
在一个可能的设计中，所述最优结构参数包括：喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的最优轴向距离、喷流口的最优喉部高度、喷流口的最优喷流角度以及喷流底座与射流桥之间的最优连接高度；
[0034]
其中，所述最优轴向距离为0.04ca，所述最优喉部高度为4h1，所述最优喷流角度为20
°
，所述最优连接高度为0.07ca，且ca和h1依次表示叶轮对应叶顶的轴向弦长和叶顶的间隙。
[0035]
在一个可能的设计中，端壁射流装置的最优周向覆盖角度，以及射流通道的最优长度和最优宽度，其中，所述最优周向覆盖角度为40
°
，射流通道的最优长度和最优宽度分别为0.18ca和0.07ca，且ca表示叶轮对应叶顶的轴向弦长。
[0036]
第三方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有指令，当指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法。
[0037]
第四方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机上运行时，使计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法。
[0038]
有益效果：
[0039]
(1)本发明所提供的端壁射流装置，可抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定的流动，从而疏通了叶轮叶顶通道的堵塞，如此，解决了轴流泵在小流量工况下由于叶顶堵塞而产生的扬程骤降、噪音加剧以及旋转失速的问题，同时，由于本装置不需要外部能量的输入，能够有效减少具体实施的难度，因此，本装置具有广阔的发展前景，适用于在叶轮扩稳技术领域的大规模应用与推广。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例提供的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的结构图；
[0041]
图2为本发明实施例提供的端壁射流装置沿周向分布的示意图；
[0042]
图3为本发明实施例提供的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法的步骤流程图；
[0043]
图4为本发明实施例提供的端壁射流装置的内部流线分布图；
[0044]
图5为本发明实施例提供的端壁射流装置模型的外特性曲线图对比图；
[0045]
图6为本发明实施例提供的端壁射流装置在小流量工况下0.99倍叶高处静压等值线、相对速度、流线以及轴向反流区分布的对比示意图；
[0046]
图7为本发明实施例提供的端壁射流装置在叶轮流道不同截面处的堵塞系数分布示意图；
[0047]
图8为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
[0048]
附图标记：10-射流桥；20-抽吸底座；30-喷流底座；40-叶轮；11-第一中空板；12-第二中空板；13-第三中空板；50-端壁射流装置。
具体实施方式
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
[0050]
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
[0051]
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
[0052]
实施例：
[0053]
参见图1～2所示，本实施例所提供的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置，可以但不限于包括：射流桥10、抽吸底座20和喷流底座30，其中，举例所述射流桥10内设置有射流通道，以便叶轮40顶部的流体通过射流通道来进行流动；更进一步的，举例所述抽吸底座20和所述喷流底座30均为中空结构，且在具体实施时，所述射流桥10的一端连通所述抽吸底座20，所述射流桥10的另一端连通所述喷流底座30，如此，当所述射流桥10分别连接所述抽吸底座20和所述喷流底座30时，所述抽吸底座20和所述喷流底座30则可与所述射流通道连通，从而形成流体射流桥路。
[0054]
另外，在本实施例中，举例所述抽吸底座20和所述喷流底座30远离所述射流桥10的一端分别固定在轴流泵的叶轮40的圆周面上，其中，所述抽吸底座20和所述喷流底座30分别沿所述叶轮40的轴向方向依次设置，所述抽吸底座20与所述叶轮40连接的端面上设置
有抽吸口，所述喷流底座30与叶轮10连接的端面上设置有喷流口，且所述抽吸口与所述喷流口之间的压强不同；基于此，由于抽吸口和喷流口之间的压强不同，在端壁射流装置的流体射流桥路中则会存在压强差，如此，即可使叶轮40上的流体从抽吸口进入端部射流装置，并从喷流口加速喷出端部射流装置，并可在压强差的作用下，在端壁射流装置内部形成抽吸-喷射的流动循环，由此，则可抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定流动，从而通过抽吸-喷流这一过程来疏通叶顶通道堵塞。
[0055]
在本实施例中，举例抽吸底座20和喷流底座20也可为弧形底座，参见图1所示，且举例抽吸口的面积大于喷流口的面积，如此，则可保证喷流口处的压强大于抽吸口处的压强，从而在内部形成压差，达到使流体在端壁射流装置内部形成抽吸-喷射的流动循环的功能；当然，在具体应用时，抽吸底座20和喷流底座30固定在叶轮40上时，会在两底座与叶轮40之间预留相应的间隙，以便流体从抽吸底座20处的间隙进入抽吸口，并从喷流底座30对应的间隙喷出装置。
[0056]
可选的，举例可在叶轮40的圆周面上可设置多个端壁射流装置，参见图2所示，本实施例优选为6个，且6个端壁射流装置50沿圆周方向均匀布置。
[0057]
在一个具体实施的方式中，举例所述射流桥10可以但不限于包括：第一中空板11、第二中空板12以及第三中空板13，其中，所述第一中空板11为矩形板，且所述第二中空板12和所述第三中空板13均为弧形板，其结构可参见图1所示。
[0058]
同时，前述各个部件间的连接结构为：所述第一中空板11的一端连接所述第二中空板12，所述第一中空板11的另一端连接所述第三中空板13，且当所述第一中空板11分别连接所述第二中空板12和所述第三中空板13后，所述第一中空板11、所述第二中空板12以及所述第三中空板13之间相互连通，以形成所述射流通道；如此通过前述结构，可使得整个射流桥10形成拱形结构，更有利于流体的抽吸与喷流。
[0059]
由此通过前述对端壁射流装置的详细阐述，本装置利用压差作用，在无需外力帮助的基础上，即可使流体在端壁射流装置内部形成抽吸-喷射的流动循环，如此，则可抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定流动，从而疏通叶轮叶顶的通道堵塞，进而达到改善轴流泵旋转失速以及满足轴流泵稳定运行的目的。
[0060]
参见图3所示，本实施第二方面，提供一种实施例第一方面所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法，以确定出实施例第一方面中端壁射流装置的最优结构参数，从而达到最好的堵塞疏通效果。
[0061]
在本实施例中，举例前述参数确定方法可以但不限于在仿真端侧运行，可以理解的是，前述执行主体并不构成对本技术实施例的限定，相应的，本方法的运行步骤可以但不限于如下述步骤s1～s3所示
[0062]
s1.获取仿真几何模型以及模型参数集，其中，所述仿真几何模型为安装在轴流泵的叶轮圆周面上的端壁射流装置的几何模型，所述模型参数集包含有多组模型参数，且任一模型参数包括端壁射流装置的安装结构参数，以及端壁射流装置中抽吸口的结构参数、射流桥的结构参数和喷流口的结构参数；在具体应用时，举例仿真几何模型以及模型参数集可以但不限于预先存储至仿真端侧；同时，举例前述所述结构参数可以但不限于包括所述抽吸口的轴向长度和周向宽度，举例所述喷流口的结构参数可以但不限于包括喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的轴向距离、喷流口的喉部高度(可以理解为喷流口内部的宽度)、喷
流口的喷流角度和喷流底座与射流桥之间的连接高度(参见图1，图1中的l1则表示该连接高度)。
[0063]
更进一步的，举例安装结构参数可以但不限于包括所述端壁射流装置的周向覆盖角度，参见图2所示，图2中的θ2则表示周向覆盖角度，也就是整个装置两端与叶轮中心连线之间的夹角；同理，举例所述射流桥的结构参数包括射流通道的长度和宽度(图1中的l2表示长度，l3则表述宽度)。
[0064]
另外，举例前述安装结构参数、抽吸口的结构参数、射流桥的结构参数以及喷流口的结构参数均设定有相应的取值范围；以抽吸口的结构参数的为例，抽吸口的轴向长度为取值范围为12％～18％ca，抽吸口的周向宽度取值范围20％～30％ca；而喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的轴向距离的取值范围为0～20％ca，喷流口的喉部高度的取值范围为4h1，喷流口的喷流角度的取值范围为10
°‑
40
°
，喷流底座与射流桥之间的连接高度的取值范围为5％～9％ca；在本实施例中，ca表示叶轮对应叶顶的轴向弦长，h1表示叶轮对应叶顶的间隙；当然，其余各个参数的取值范围则不再一一罗列。
[0065]
在本实施例中，可以但不限于采用按照预设间隔取值法，从各个参数对应的取值范围中，进行取值，从而组合得到不同的模型参数，其原理为数据取值常用技术，于此不再赘述。
[0066]
在得到端壁射流装置的仿真几何模型，以及其对应的多个模型参数后，则可进行其在小流量工况下的仿真模拟，其中，模拟过程如下述步骤s2所示。
[0067]
s2.利用所述模型参数集，对所述仿真几何模型进行端部射流数值模拟处理，以得出所述仿真几何模型在以每组模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时所对应的数值模拟结果；在本实施例中，举例可以但不限于采用流体力学软件ansys cfx，对前述仿真几何模型进行数值模拟；其中，模拟的固定参数为：进口边界条件为总压，出口边界条件为质量流量，壁面设置为绝热无滑移边界，基于此，在前述固定参数，以及模型参数的仿真下，即可得到每组模型参数所对应的数值模拟结果。
[0068]
更进一步的，举例若干数值模拟结果中的任一数值模拟结果可以但不限于包括：目标流体在叶轮上的第一流体密度、目标流体在所述端壁射流装置内的第二流体密度、目标流体在叶轮上的第一流向速度以及目标流体在所述端壁射流装置内的第二流向速度，其中，所述目标流体为进行端部射流数值模拟处理时所使用的流体；当然，任一数值模拟结果还可包括轴流泵的外特性曲线、叶顶流场分布等等。
[0069]
在得到各个模型参数对应的数值模拟结果后，则可基于数值模拟结果，来确定出最优的模型参数，从而将其作为该装置的最优结构参数；其中，确定过程如下述步骤s3所示。
[0070]
s3.从若干数值模拟结果中，选择出最优的数值模拟结果，并将最优的数值模拟结果所对应的模型参数，作为所述端壁射流装置的最优结构参数；在本实施例中，举例可以但不限于采用如下述步骤s31和步骤s32，来选择出最优的数值模拟结果。
[0071]
s31.根据各个数值模拟结果，计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数；在具体应用时，以任一数值模拟结果为例，来具体阐述堵塞系数的计算过程；其中，对于任一数值模拟结果，可以但不限于根据所述任一数值模拟结果中的第一流体密度、第二流体密度、第一流向速度以及第二流向速度，并采用如下公
式(1)，计算得到以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数。
[0072]be
＝ab/a
ꢀꢀ
(1)
[0073][0074]
上述公式(1)中，be表示以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数，ab为中间参数，a表示叶轮对应叶顶的周向截面面积。
[0075]
上述公式(2)中，ρ表示所述任一数值模拟结果中的第一流体密度，ρ
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流体密度，vm表示所述任一数值模拟结果中的第一流向速度，v
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流向速度。
[0076]
如此，基于前述公式(1)和公式(2)，则可计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，该仿真几何模型所对应的堵塞系数，而后，根据堵塞系数，则可确定出最优的数值模拟结果，如下述步骤s32所示。
[0077]
s32.将最小的堵塞系数所对应的数值模拟结果，作为所述最优的数值模拟结果；在本实施例中，最小的堵塞系数，说明其对应的数值模拟结果所关联的模型参数，可使端壁射流装置的疏通效果达到最优；所以，即可将最小的堵塞系数所对应的数值模拟结果，作为所述最优的数值模拟结果，而最优的数值模拟结果所对应的模型参数，则是端壁射流装置的最优结构参数。
[0078]
更进一步的，在本实施例中，举例所述最优结构参数包括：抽吸口的最优轴向长度和最优周向宽度，喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的最优轴向距离、喷流口的最优喉部高度、喷流口的最优喷流角度和喷流底座与射流桥之间的最优连接高度，端壁射流装置的最优周向覆盖角度，以及射流通道的最优长度和最优宽度；其中，举例所述最优轴向长度为0.15ca，所述最优周向宽度为0.24ca，所述最优轴向距离为0.04ca，所述最优喉部高度为4h1，所述最优喷流角度为20
°
，所述最优连接高度为0.07ca，所述最优周向覆盖角度为40
°
，射流通道的最优长度和最优宽度分别为0.18ca和0.07ca；同时，举例叶顶的轴向弦长为54mm，叶顶的间隙为0.3mm。
[0079]
由此通过前述步骤s1～s3所详细描述的参数确定方法，本发明能够通过仿真方式，来得出端壁射流装置在不同结构参数下的堵塞系数，如此，则可基于该堵塞系数来确定出其最优的结构参数，从而使其达到最大的堵塞疏通效果。
[0080]
参见图4～图7所示，本实施例第三方面提供实施例第一方面所述的端壁射流装置的仿真实例，其仿真结果如下所示。
[0081]
本实施例以一闭式轴流泵循环实验台为研究对象，该轴流泵的设计质量流量为30.93kg/s，转速为1710rpm，叶片数6，叶顶轴向弦长ca＝54mm，叶顶间隙0.3mm，通过ansys cfx软件计算得到该轴流泵在未设置端壁射流装置时，其对应近失速工况叶顶泄漏流以及轴向反流区的分布图,如图6(a)所示，由图6(a)可知，该轴流泵叶顶存在大面积的流动堵塞，该堵塞由叶顶泄漏涡的非定常破碎诱发。
[0082]
将本实施例第一方面所提供的端壁射流装置(参数则是使用实施例第二方面所提供的最优参数)安装在叶轮上时，对其进行仿真处理，得到了对应的流线分布图；参见图4所示，由图4可知，叶顶流体由循环回路的抽吸口流入，通过循环桥路，流体在喷嘴内加速，以
约7.8m/s的高速流射入叶顶通道，高速射流是消除叶顶堵塞、拓宽轴流泵稳定运行区的主要作用因素。
[0083]
同时，图5给出了端壁射流装置模型的外特性曲线图对比图，由图5(a)为扬程对比示意图，图5(b)为效率对比示意图，其中，通过图5可知，在端壁射流装置的作用下，轴流泵的失速点向小流量偏移，在小流量工况下，扬程提高了58.3％，效率提高了12.41％；如此，则可在不降低运行效率的基础上，疏通叶轮叶顶的堵塞。
[0084]
更进一步的，图6给出了端壁射流装置在小流量工况下0.99倍叶高处静压等值线、相对速度、流线以及轴向反流区分布的对比示意图，图6(a)则是未设置本实施例所提供的装置时的分布示意图，图6(b)则是设置端壁射流装置后的分布示意图；从图6中可以看出，黑色虚线为静压斜槽，代表泄漏涡核运行轨迹；同时，由图6(a)可以看出，叶顶通道内静压斜槽在回流的影响下消失，说明叶顶泄漏涡发生了完全非定常破碎，形成了大面积的低速流体，加剧了叶顶堵塞。
[0085]
如此，在增加了端壁射流装置后，在其高速射流作用下，整个叶顶通道内流体流速明显提高；抽吸口将低速流体抽吸至桥路内，使得原本杂乱的静压等值线集中在叶片的吸力面附近，静压斜槽自距叶片前缘约0.2倍弦长处出现并向下游发展，说明叶顶泄漏涡并未发生破碎，且由图6(b)可以发现，在端壁射流装置的抽吸-喷射作用下，代表轴向反流区的阴影部分面积大幅度减小，高速射流引导叶顶泄漏流线更贴向于叶片吸力面，降低了叶顶泄漏涡撞击到相邻叶片而发生非定常破碎、加剧叶顶堵塞的可能性；因此，从上述仿真结果可以得出，端壁射流装置可以有效疏通轴流泵小流量工况下由于叶顶泄漏涡非定常破碎而引发的叶顶堵塞，从而拓宽轴流泵稳定运行区。
[0086]
另外，图7给出了端壁射流装置的叶轮流道不同截面处的堵塞系数分布示意图，由图7中知，堵塞系数峰值为65％左右，在端壁射流装置作用下，叶轮流道内整体堵塞系数大幅度减小，减小值约为47％。在高速射流的作用下本发明装置几乎完全达到了消除叶顶堵塞的效果。
[0087]
综上所述，本发明解决了轴流泵在小流量工况下由于叶顶堵塞而产生的扬程骤降、噪音加剧以及旋转失速的问题，且对轴流泵的效率负面影响更低，同时，由于本装置不需要外部能量的输入，能够有效减少具体实施的难度，因此，本装置具有广阔的发展前景，适用于在叶轮扩稳技术领域的大规模应用与推广。
[0088]
如图8所示，本实施例第四方面提供了一种电子设备，其中该电子设备包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如实施例第二方面所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法。
[0089]
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random access memory，ram)、只读存储器(read only memory，rom)、闪存(flash memory)、先进先出存储器(first input first output，fifo)和/或先进后出存储器(first in last out，filo)等等；具体地，处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现，同时，处理器也可以包括主处理器和协处理器，
主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
[0090]
在一些实施例中，处理器可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制，例如，所述处理器可以不限于采用型号为stm32f105系列的微处理器、精简指令集计算机(reduced instruction set computer,risc)微处理器、x86等架构处理器或集成嵌入式神经网络处理器(neural-network processing units，npu)的处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(wifi)无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(general packet radio service，gprs)无线收发器、紫蜂协议(基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议，zigbee)无线收发器、3g收发器、4g收发器和/或5g收发器等。此外，所述装置还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
[0091]
本实施例提供的电子设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面和第二方面，于此不再赘述。
[0092]
本实施例第五方面提供了一种存储包含有实施例第二方面所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法的指令的存储介质，即所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如实施例第二方面所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法。
[0093]
其中，所述存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(memory stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0094]
本实施例提供的存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面和第二方面，于此不再赘述。
[0095]
本实施例第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如实施例第一方面所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法，其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0096]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置，其特征在于，包括：射流桥(10)，其中，所述射流桥(10)内设置有射流通道；抽吸底座(20)和喷流底座(30)；所述抽吸底座(20)和所述喷流底座(30)均为中空结构，其中，所述射流桥(10)的一端连通所述抽吸底座(20)，所述射流桥(10)的另一端连通所述喷流底座(30)，且当所述射流桥(10)分别连接所述抽吸底座(20)和所述喷流底座(30)时，所述抽吸底座(20)和所述喷流底座(30)与所述射流通道连通，以形成流体射流桥路；所述抽吸底座(20)和所述喷流底座(30)远离所述射流桥(10)的一端分别固定在轴流泵的叶轮(40)的圆周面上，其中，所述抽吸底座(20)和所述喷流底座(30)分别沿所述叶轮(40)的轴向方向依次设置，所述抽吸底座(20)与所述叶轮(40)连接的端面上设置有抽吸口，所述喷流底座(30)与叶轮(40)连接的端面上设置有喷流口，且所述抽吸口与所述喷流口之间的压强不同。2.根据权利要求1所述的一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置，其特征在于，所述射流桥(10)包括：第一中空板(11)、第二中空板(12)以及第三中空板(13)，其中，所述第一中空板(11)为矩形板，且所述第二中空板(12)和所述第三中空板(13)均为弧形板；所述第一中空板(11)的一端连接所述第二中空板(12)，所述第一中空板(11)的另一端连接所述第三中空板(13)，且当所述第一中空板(11)分别连接所述第二中空板(12)和所述第三中空板(13)后，所述第一中空板(11)、所述第二中空板(12)以及所述第三中空板(13)之间相互连通，以形成所述射流通道。3.根据权利要求1所述的一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置，其特征在于，所述端壁射流装置设置有多个，且多个端壁射流装置周向设置在所述叶轮(40)的圆周面上。4.一种权利要求1～3任意一项所述的疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置的参数确定方法，其特征在于，包括：获取仿真几何模型以及模型参数集，其中，所述仿真几何模型为安装在轴流泵的叶轮圆周面上的端壁射流装置的几何模型，所述模型参数集包含有多组模型参数，且任一模型参数包括端壁射流装置的安装结构参数，以及端壁射流装置中抽吸口的结构参数、射流桥的结构参数和喷流口的结构参数；利用所述模型参数集，对所述仿真几何模型进行端部射流数值模拟处理，以得出所述仿真几何模型在以每组模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时所对应的数值模拟结果；从若干数值模拟结果中，选择出最优的数值模拟结果，并将最优的数值模拟结果所对应的模型参数，作为所述端壁射流装置的最优结构参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从若干数值模拟结果中，选择出最优的数值模拟结果，包括：根据各个数值模拟结果，计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数；将最小的堵塞系数所对应的数值模拟结果，作为所述最优的数值模拟结果。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若干数值模拟结果中的任一数值模拟结果包括：目标流体在叶轮上的第一流体密度、目标流体在所述端壁射流装置内的第二流体密度、目标流体在叶轮上的第一流向速度以及目标流体在所述端壁射流装置内的第二流向速
度，其中，所述目标流体为进行端部射流数值模拟处理时所使用的流体；其中，根据各个数值模拟结果，计算出以各个模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数，包括：对于任一数值模拟结果，根据所述任一数值模拟结果中的第一流体密度、第二流体密度、第一流向速度以及第二流向速度，并采用如下公式(1)，计算得到以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数；b
e
＝a
b
/a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)上述公式(1)中，b
e
表示以所述任一模型参数为仿真参数进行数值模拟处理时，所述仿真几何模型的堵塞系数，a
b
为中间参数，a表示叶轮对应叶顶的周向截面面积；上述公式(2)中，ρ表示所述任一数值模拟结果中的第一流体密度，ρ
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流体密度，v
m
表示所述任一数值模拟结果中的第一流向速度，v
cr
表示所述任一数值模拟结果中的第二流向速度。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结构参数包括所述抽吸口的轴向长度和周向宽度，所述喷流口的结构参数包括喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的轴向距离、喷流口的喉部高度、喷流口的喷流角度和喷流底座与射流桥之间的连接高度；所述安装结构参数包括所述端壁射流装置的周向覆盖角度；以及所述射流桥的结构参数包括射流通道的长度和宽度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最优结构参数包括：抽吸口的最优轴向长度和最优周向宽度，其中，所述最优轴向长度为0.15ca，所述最优周向宽度为0.24ca，且ca表示叶轮对应叶顶的轴向弦长。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最优结构参数包括：喷流口与叶轮的叶顶前缘之间的最优轴向距离、喷流口的最优喉部高度、喷流口的最优喷流角度以及喷流底座与射流桥之间的最优连接高度；其中，所述最优轴向距离为0.04ca，所述最优喉部高度为4h1，所述最优喷流角度为20
°
，所述最优连接高度为0.07ca，且ca和h1依次表示叶轮对应叶顶的轴向弦长和叶顶的间隙。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最优结构参数还包括：端壁射流装置的最优周向覆盖角度，以及射流通道的最优长度和最优宽度，其中，所述最优周向覆盖角度为40
°
，射流通道的最优长度和最优宽度分别为0.18ca和0.07ca，且ca表示叶轮对应叶顶的轴向弦长。

技术总结
本发明公开了一种疏通轴流泵叶顶堵塞的端壁射流装置及其参数确定方法，本发明所提供的端壁射流装置，可抑制叶顶泄漏涡非定常破碎等不稳定的流动，从而疏通了叶轮叶顶通道的堵塞，如此，解决了轴流泵在小流量工况下由于叶顶堵塞而产生的扬程骤降、噪音加剧以及旋转失速的问题，同时，由于本装置不需要外部能量的输入，能够有效减少具体实施的难度，因此，本装置具有广阔的发展前景，适用于在叶轮扩稳技术领域的大规模应用与推广。领域的大规模应用与推广。领域的大规模应用与推广。


技术研发人员：岳少博 李力军 胡光初
受保护的技术使用者：西安前沿动力软件开发有限责任公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/23