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第1章 绪论 1

1.1 原油及油品 1

1.1.1 石油液体的密度 1

1.1.2 石油液体的黏度 2

1.1.3 密度和黏度对离心油泵性能影响的定性描述 4

1.2 离心油泵的结构与应用 5

1.2.1 离心油泵基本结构 5

1.2.2 离心油泵在石油工业中的应用 9

1.2.3 离心油泵在油田应用中存在的问题 9

1.3 离心油泵研究现状与发展趋势 10

1.3.1 离心油泵国外研究现状 10

1.3.2 离心油泵国内研究现状 14

1.3.3 离心油泵研究中存在的问题 14

参考文献 15

第2章 离心油泵基本理论 23

2.1 离心油泵基本方程 23

2.1.1 叶轮理论扬程方程 23

2.1.2 离心油泵基本方程 24

2.2 离心油泵叶轮滑移系数 25

2.2.1 滑移速度 25

2.2.2 滑移系数的定义 25

2.2.3 滑移系数的计算 26

2.2.4 液体黏度对滑移系数的影响 31

2.3 离心油泵雷诺数与相似律 32

2.3.1 离心油泵雷诺数的定义 33

2.3.2 雷诺数对相似律的影响 34

2.3.3 雷诺数对效率的影响 35

2.3.4 雷诺数对效率影响的计算 37

2.4 离心油泵性能分析 37

2.4.1 计算原理 38

2.4.2 局部摩擦阻力系数与流动模型验证 46

2.4.3 应用分析 50

2.5 离心油泵最优工况计算方法 52

2.5.1 基本思想 52

2.5.2 计算方法 53

2.5.3 计算过程 55

2.5.4 计算结果 57

参考文献 58

第3章 离心油泵的性能 64

3.1 试验装置与试验方法 64

3.1.1 试验装置 64

3.1.2 试验泵 65

3.1.3 试验叶轮 65

3.1.4 试验液体 66

3.1.5 试验方法与数据处理 67

3.2 黏度对性能曲线的影响 67

3.2.1 性能曲线变化 67

3.2.2 黏度对最优工况参数的影响 68

3.3 性能换算系数曲线 69

3.3.1 性能换算系数的定义 69

3.3.2 性能换算系数的变化 70

3.3.3 与现有换算系数的比较 71

3.4 扬程突升现象 71

3.4.1 扬程突升现象的定义 71

3.4.2 扬程突升现象的根源 72

参考文献 76

第4章 叶片数对离心油泵性能的影响 79

4.1 输送水时叶片数对性能的影响 79

4.1.1 叶片数对性能的影响 79

4.1.2 叶片数对叶轮流动参数的影响 80

4.2 输送黏油时叶片数对性能的影响 82

4.2.1 叶片数对扬程曲线的影响 83

4.2.2 叶片数对轴功率曲线的影响 83

4.2.3 叶片数对效率曲线的影响 84

4.2.4 最优叶片数 85

4.3 叶片数对性能影响的理论分析 86

4.3.1 叶片数对滑移系数的影响 86

4.3.2 叶片数对水力效率、容积效率和机械效率的影响 88

参考文献 90

第5章 出口角对离心油泵性能的影响 92

5.1 出口角对性能影响的试验 92

5.1.1 试验叶轮 92

5.1.2 试验结果与讨论 92

5.2 出口角对性能影响的理论分析 98

5.2.1 水力损失模型的建立 99

5.2.2 计算结果与讨论 103

参考文献 108

第6章 离心油泵叶轮切割 111

6.1 叶轮切割定律 111

6.1.1 切割定律与切割曲线 111

6.1.2 现有理论切割定律与切割曲线 113

6.1.3 试验切割指数的计算 114

6.2 输送水时的叶轮切割定律 115

6.2.1 试验叶轮 115

6.2.2 结果与讨论 116

6.3 输送黏油时的叶轮切割定律 119

6.3.1 性能曲线 119

6.3.2 切割指数 120

6.3.3 叶轮切割定律的拟合 123

6.3.4 切割曲线 127

6.4 叶轮切割后泵效率升高现象 128

6.4.1 效率升高现象 128

6.4.2 效率升高的原因分析 130

参考文献 132

第7章 口环间隙对泵性能的影响 133

7.1 试验装置与对象 133

7.2 口环间隙对性能的影响 134

7.2.1 性能曲线的变化 134

7.2.2 最优工况参数的变化 136

7.2.3 最优工况参数相对变化率 138

7.2.4 水力效率、容积效率和机械效率 139

7.2.5 泄漏量 141

7.2.6 泵腔流体量纲一化角速度和压力分布 142

7.2.7 摩擦阻力系数 147

7.2.8 几点讨论 148

参考文献 149

第8章 叶轮内部时均流动测量 150

8.1 离心叶轮内部流动基本特征 150

8.1.1 仿离心叶轮元件内部流动测量 150

8.1.2 离心泵叶轮内部流动测量 155

8.1.3 离心叶轮的流动模型 163

8.1.4 离心泵叶轮内部流动研究中存在的问题 165

8.2 试验装置与方法 165

8.2.1 试验装置 165

8.2.2 测速系统 167

8.2.3 测量方法与步骤 168

8.2.4 测量点布置 168

8.2.5 试验液体与工况 169

8.2.6 试验数据处理 170

8.3 试验结果分析与讨论 170

8.3.1 相对速度分布 170

8.3.2 叶轮流道内的尾流 188

8.3.3 叶片间相对速度剖面的发展 190

8.3.4 讨论 192

参考文献 199

第9章 蜗壳内部时均流动测量 207

9.1 蜗壳内部流动特征 207

9.1.1 叶轮与蜗壳间的流体作用力 207

9.1.2 叶轮与蜗壳的水力性能匹配 208

9.1.3 蜗壳内部流动测量 209

9.1.4 蜗壳内部流动数值计算 211

9.1.5 蜗壳水力设计方法与优化 212

9.2 试验设备与方法 213

9.2.1 试验装置、测速系统、试验液体与测量工况 213

9.2.2 测量方法与步骤 214

9.2.3 测量断面内的测点布置 214

9.2.4 试验数据整理 215

9.3 切向速度分布 215

9.3.1 切向速度沿蜗壳宽度的变化 215

9.3.2 切向速度的不均匀系数的变化 226

9.3.3 角动量随径向位置的变化 227

9.4 径向速度分布 229

9.4.1 配带叶轮A 229

9.4.2 配带叶轮B 234

9.4.3 径向速度的讨论 238

9.5 各因素对蜗壳内部流动的影响 239

9.5.1 出口角对蜗壳内部流动的影响 239

9.5.2 黏度对蜗壳内部流动的影响 240

9.5.3 工况对蜗壳内部流动的影响 240

参考文献 240

第10章 蜗壳非定常流动测量 246

10.1 试验设备与方法 246

10.1.1 试验装置、试验泵、试验介质和试验工况 246

10.1.2 测速系统与测量方法 246

10.1.3 测量断面内的测点布置 246

10.2 试验结果分析 247

10.2.1 速度沿径向的变化 247

10.2.2 速度沿周向的变化 249

10.2.3 速度脉动幅度的变化 252

10.2.4 平均速度的变化 253

参考文献 256

第11章 泵定常流动数值分析 259

11.1 计算模型与方法 259

11.1.1 几何模型 259

11.1.2 液体物理参数 262

11.1.3 计算工况 263

11.1.4 流动物理模型 264

11.1.5 壁面函数与剪切应力 265

11.1.6 计算程序及数值计算方法 267

11.1.7 边界条件设置 268

11.1.8 粗糙度设置 268

11.2 水力性能计算结果 269

11.2.1 网格无关性检查 269

11.2.2 叶片与隔舌相对位置的影响 269

11.2.3 黏度对叶轮水力性能的影响 270

11.2.4 黏度对泵水力性能的影响 273

11.2.5 壁面平均摩擦阻力系数 276

11.2.6 叶轮理论扬程出现驼峰的原因 277

11.3 内部流动计算结果 280

11.3.1 叶轮内部流动 280

11.3.2 蜗壳内部流动 283

11.4 计算结果的讨论 284

11.4.1 由速度三角形确定的滑移系数 284

11.4.2 表面粗糙度的影响 286

11.4.3 壁面函数的影响 288

11.4.4 紊流模型的影响 288

11.4.5 吸入管的流态 289

11.4.6 CFD预测扬程与试验值不一致的原因 289

参考文献 290

第12章 泵非定常流动数值分析 294

12.1 模型泵与流动模型 294

12.2 计算结果分析与讨论 296

12.2.1 网格无关性检查 296

12.2.2 紊流模型的影响 297

12.2.3 扬程曲线对比 299

12.2.4 与LDV测量数据对比 300

12.2.5 转矩和总压的变化 306

12.2.6 压力与速度头的变化 307

12.2.7 压力能头和速度头脉动的衰减 311

12.2.8 讨论 315

参考文献 317

第13章 泵空化性能数值分析 320

13.1 黏度、表面张力和空气含量对空化的影响 320

13.1.1 黏度和表面张力对空泡生长和溃灭的影响 320

13.1.2 空气含量对空泡生长和溃灭的影响 321

13.1.3 黏油物理特性 325

13.2 离心油泵空化性能的数值计算 325

13.2.1 计算模型与方法 326

13.2.2 计算结果 329

13.2.3 非凝结气体浓度的影响 334

13.2.4 叶片出口角的影响 334

13.2.5 讨论 335

参考文献 337

第14章 泵过渡过程水力性能分析 343

14.1 计算模型与方法 343

14.1.1 离心泵与计算域 343

14.1.2 数值计算方法 344

14.1.3 求解方案 345

14.2 性能参数的瞬态变化 345

14.2.1 外特性 345

14.2.2 量纲一化特性分析 347

14.2.3 叶轮功率特性 348

14.2.4 同步特性 349

14.2.5 瞬时扬程-流量曲线 350

14.2.6 准稳态和稳态扬程-流量曲线对比 352

14.3 内部流动参数和流场的瞬态变化 353

14.3.1 平均静压特性 353

14.3.2 平均涡量的变化 356

14.3.3 流场演化过程 358

参考文献 359

第15章 离心油泵水力设计方法 362

15.1 油水设计参数转换 362

15.1.1 参数转换方程和方法 362

15.1.2 结果与讨论 366

15.2 叶轮主要几何尺寸的确定 369

15.3 叶轮直径的优化 371

15.3.1 目标函数与计算方法 371

15.3.2 结果与讨论 373

15.4 叶轮准三元设计 375

15.4.1 流动控制方程 375

15.4.2 叶片造型方法 377

15.4.3 设计方法与过程 377

15.4.4 流动分析精度检验 379

15.4.5 反问题算法检验 379

15.4.6 实际应用 379

15.4.7 叶片型线对泵性能的影响 384

参考文献 388

附录1 离心油泵油水性能参数换算及设计工况性能参数QBASIC计算程序 391

附录2 准黏性法叶轮直径优化MATLAB计算程序 402

附录3 直接黏性法叶轮直径优化MATLAB计算程序 406