液壓泥漿泵水動力學(xué)方法測試

液壓泥漿泵工作原理是利用液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)換為機械動能后，帶動葉輪使粘土、石塊與水混合物負(fù)壓抽取方式進行吸排作業(yè)。在其葉輪及殼體等設(shè)計成形后，應(yīng)當(dāng)進行水動學(xué)試驗來驗證葉輪及殼體的流向、擾流等現(xiàn)象來分析液壓泥漿泵形成的穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流以及層流與亂流的關(guān)系，逐漸改進液壓泥漿泵的設(shè)計和優(yōu)化生產(chǎn)流程。

所有的水流體包括泥漿，在某種程度上而言都遵循著的基本公理為守恒律，特別是質(zhì)量守恒、動量守恒以及能量守恒。除此之外，水流體還假設(shè)遵守“連續(xù)性假設(shè)”。水流體從微觀情況下來看是由分子所構(gòu)成，彼比在運動過程中互相碰撞，也同樣與砂石等顆粒固體相碰撞。因此，除了質(zhì)量、動量與能量守恒方程之外，另外還應(yīng)有熱力學(xué)的狀態(tài)方程，使得壓力成為流體其他熱力學(xué)變量的函數(shù)，而使問題得以被限定。

液壓泥漿泵的水動學(xué)前期構(gòu)建模型是以無粘性流體對于剪切變形沒有抗拒能力和靜止水流體不能承受剪應(yīng)力，可以判斷無粘性流體的剪應(yīng)力為零，而正應(yīng)力（即法向應(yīng)力）PXX=PYY=PZZ=-P。P稱為無粘性流體或靜止流體的壓力函數(shù)。

液壓泥漿泵的水動力學(xué)試驗的主要任務(wù)是研究泥漿液體的機械運動規(guī)律及其工程應(yīng)用。具體來講，就是研究泥漿液體的運動要素（如速度、加速度等）隨時間和空間的變化情況，以及建立這些運動要素之間的關(guān)系式，并利用這些關(guān)系式來解決工程上所遇到的實際問題。

拉格朗日（Lagrange）法就是把液體運動看作是無數(shù)質(zhì)點運動的總和，用以研究個別液體質(zhì)點的運動為基礎(chǔ)，通過研究足夠多的液體質(zhì)點的運動來掌握整個液流的運動情況。所以，這種方法又稱為質(zhì)點系法。

而歐拉法就是把液體的運動看作是各個空間點上不同液體質(zhì)點運動情況的總和。我們從液壓泥漿吸排的泥漿情況分析，是從物理概念角主角出發(fā)，認(rèn)定流場是運動的液體質(zhì)點占據(jù)整個流動區(qū)域構(gòu)成的，因而流場空間點上反映出來的運動要素值及其隨時間的變化當(dāng)然是質(zhì)點運動的結(jié)果。

我們可以依靠計算機輔助系統(tǒng)和三維物理動力狀態(tài)下的液體流動模型建立泥漿的跡線與流線的模型方式。所謂的跡線就是指泥漿液體質(zhì)點在吸作用下流動的過程中不同時刻所占據(jù)的空間位置的連線，而流線則是某一瞬時在流場中繪出的一條空間曲線，在曲線上所有質(zhì)點在該時刻的流速矢量都與該曲線相切。液體的流線在同一瞬間的流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，只能是一條光滑的曲線，它代表著質(zhì)點在液壓泥漿泵的流動運動狀態(tài)，流線分布的疏密程度反應(yīng)流速的大小。

在泥漿流中任意取一微分面積，通過該面積周界上的每一點均可作出一條流線，這無數(shù)條流線組成的封閉的管狀曲面就稱為流管。

根據(jù)泥漿的水力要素與液壓泥漿殼體內(nèi)空間自變量的關(guān)系，水流分為一元流、二元流、三元流。在泥漿液體的流場中任一點的液體運動要求僅與一個空間自變量有關(guān)，這種水流稱為一元流。相同的，如果與兩個空間或三個空間自變量相關(guān)，則分別稱為二元流和三元流。其中二元流被稱為平面運動，三元流被稱為空間運動。

先鋒管道液壓泥漿泵的專家們通過三元流動的方法，在計算機上實現(xiàn)了兩類流面交迭代的方法已經(jīng)實現(xiàn)，并用于泥漿泵葉輪的流動計算，與通常三元解不同的是還需對旋渦分離區(qū)-尾跡的形狀作修正。正是由于這些原因才使得高效率的葉輪制造提供了理論依據(jù)。

在實際的液壓泥漿泵在運轉(zhuǎn)中，泥漿流體具有粘性并且夾雜著砂粒和石塊，其泥漿運動的復(fù)雜程度要高于純水運動理論。因此，在水模型中加入雜質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，雜質(zhì)的運動與水介質(zhì)運動軌跡大致相同，但由于其密度較大，受到重力、浮力、相互碰撞及水流中渦流現(xiàn)象會損失一部分能量，且砂石在泥漿中所含比例是隨機的，并隨著泥漿泵吸排的過程不斷變化。

總之，先鋒管道液壓泥漿泵數(shù)據(jù)模型已經(jīng)構(gòu)建出來，隨著計算機模擬環(huán)境（包括水流、雜質(zhì)及三元流）的建立和制造技術(shù)的不斷完善，使其結(jié)構(gòu)變得越來越簡化和更加的實用化，尤其是管道工程和防汛搶險作業(yè)中，泥漿泵的流量、揚程會隨著模型的計算而不斷優(yōu)化，復(fù)雜環(huán)境和條件下的工況都會隨著模擬出來，而液壓泥漿泵的各部件的計算會變得簡單和容易。有時看著不同品牌而外表大概相同的兩個泵體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在實際工程應(yīng)用以及測試中會有明顯的差別，這就是不斷優(yōu)化的結(jié)果。

將在后續(xù)的文章中進行液壓泥漿泵模型中介紹流函數(shù)、勢函數(shù)等因素對泥漿泵實際運轉(zhuǎn)中流速場和壓強場的關(guān)系。

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