环形流道转动下的摩擦因子修正方法技术

本发明专利技术提出一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，包括以下步骤：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道不同转速下的出口流体压力及入口流体压力、及流量；计算获得在流体不转动情况下摩擦因子的第一组数据；计算获得在流体转动情况下摩擦因子的第二组数据；定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数；将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正公式；在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。本发明专利技术综合考虑间隙流道周向剪切与轴向压力耦合对摩擦因子进行修正，可以准确快速推导出环形流道内壁面转动情况下流道的流阻系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体机械领域，特别涉及的是环形流道转动下的摩擦因子修正方法。
技术介绍
第三代屏蔽电机核主泵的核心特征是在屏蔽电机定转子之间引入高压冷却介质(间隙流体)，转换压力边界，变动密封为静密封，避免一回路放射介质泄漏，提高安全性，引入间隙流体有利于电机散热。然而，在定转子之间引入液体内冷介质，却对屏蔽电机结构的可靠性带来了极大的挑战，屏蔽电机内冷回路流量分布的预测与控制直接影响屏蔽电机线圈、轴承等关键部件的散热，对保障主泵稳定可靠工作来说至关重要。屏蔽电机内冷回路流量分布涉及各个流道的流动阻力的确定，定转子间流道区别于一般管路之处在于，转子在实际工况中会高速旋转，但是其定转子间流道阻力特性尚未有定量研究。管道内流动阻力的研究是一个相对比较传统的命题，19世纪就有很多人做过研究，主要通过实验流体力学的方法。对于圆形管道，美国工程师穆迪结合了众多关于摩擦因子的经验公式得到了圆管内摩擦因子与雷诺数的映射关系。对于非圆形管道，可查询实用流体阻力手册得到其摩擦因子。近期的研究主要集中在管道内部的特殊结构如肋板、螺纹等对管道流阻阻力的影响。现阶段屏蔽泵内间隙流道的摩擦因子并没有考虑实际工况中转子转动周向流带来的影响，而是将流动简化为了同心环缝轴向间隙流。因而在实际工况中，因实际摩擦因子在转子转动中与理论所获得存在一定的偏差，而会导致压力损失、流道阻力的计算存在较大偏差。
技术实现思路
>本专利技术所要解决的技术问题是提供一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，综合考虑间隙流道周向剪切与轴向压力耦合对摩擦因子进行修正，从而可以准确快速推导出环形流道内壁面转动情况下流道的流阻系数。为解决上述问题，本专利技术提出一种环形流道不同转速下的摩擦因子修正方法，包括以下步骤：S1：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道转动下的出口流体压力及入口流体压力、及环形流道内流体的流量；S2：根据公式获得在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子λe的第一组数据，其中，Rea为轴向雷诺数；S3：根据公式获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子λr的第二组数据，其中Δp为根据所述出口流体压力及入口流体压力所得的压力损失，va为根据所述流体流量获得的截面流体平均速度，m为沿程测距，d为管道水力直径；S4：定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数S5：将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正公式kr＝0.4923r+1，所述r为定义的用来表征转动效应大小的物理量；S6：在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。根据本专利技术的一个实施例，所述环形流道为内壁面转动的环形流道，在内部转子的外壁和外部定子的内壁之间形成。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S1中，改变所述内部转子的转速，以测得环形流道不同转动程度下的压力分布及环形流道内流体的流量。根据本专利技术的一个实施例，所述环形流道实验台以屏蔽电动泵电机为原型，经过比例缩小搭建而成。根据本专利技术的一个实施例，在所述环形流道实验台的环形流道内离入口和出口一定距离处分别设置用于流体压力的压力传感器。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S1中，调整所述屏蔽电动泵电机的泵内压力在0.6MPa以上，以使屏蔽套段轴向流动处于紊流状态。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S3中，所述压力损失Δp＝p2-p1-ρgm，其中，p1为出口流体压力，p2为入口流体压力，ρ为流体密度，g为重力加速度。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S5中，根据最小二乘法对所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，以获得摩擦因子修正公式。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S5中，定义的用来表征转动效应大小的物理量其中，Ret为流体的切向雷诺数，Rea为流体的轴向雷诺数。根据本专利技术的一个实施例，所述环形流道实验台通过闭环压力控制在0.1～1MPa连续可调，并通过变频电机驱动、转速在0～2500rpm连续可调。采用上述技术方案后，本专利技术相比现有技术具有以下有益效果：根据实际具有环形流道的设备为原型搭建一个环形流道实验台，可以避免在实际工况中检测数据较困难的问题，环形流道中的流体受流道单面的旋转作用，会产生不同于现有工况采用的不旋转情况下的摩擦因子，通过在流体转动情况和不转动情况(不转动情况下的摩擦因子可以根据现有的实用流体阻力手册或根据经验公式代入获得)下进行测量，确定两种情况下的两组摩擦因子数据，将两组摩擦因子数据进行拟合，生成两种情况下的摩擦因子修正公式，从而可以在实际工况中，采用不转动情况(仅轴向)下的摩擦因子便可快速计算获得转动情况(轴向和周向流动)下的摩擦因子，使得进一步获得的环形流道内流体流阻考虑了轴向剪切与轴向压力的耦合，获得结果更接近实际工况状态，利于系统控制。附图说明图1为本专利技术实施例的环形流道转动下的摩擦因子修正方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例的环形流道实验台的结构示意图；图3为本专利技术实施例的实验台转子不同转速下的压力损失及定转子间的流量的两个映射关系图；图4为本专利技术实施例的摩擦因子修正系数与雷诺数比值的映射关系图及拟合曲线；图5为本专利技术实施例的实验台环形流道在相同轴向雷诺数下三种方法求得的摩擦因子与切向雷诺数关系的对比映射关系图；图6为本专利技术实施例的实验台环形流道在相同切向雷诺数下三种方法求得的摩擦因子与轴向雷诺数关系的对比映射关系图；图7为本专利技术实施例的实际屏蔽电机环形流道在相同轴向雷诺数下三种方法求得的摩擦因子与切向雷诺数关系的对比映射关系图；图8为本专利技术实施例的实际屏蔽电机环形流道在相同切向雷诺数下三种方法求得的摩擦因子与轴向雷诺数关系的对比映射关系图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。参看图1，本实施例的环形流道转动下的摩擦因子修正方法，包括以下步骤：S1：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道转动下的出口流体压力及入口流体压力、及环形流道内流体的流量；S2：根据公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道不同转速下的出口流体压力及入口流体压力、及环形流道内流体的流量；S2：根据公式获得在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子λe的第一组数据，其中，Rea为轴向雷诺数；S3：根据公式获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子λr的第二组数据，其中Δp为根据所述出口流体压力及入口流体压力所得的压力损失，va为根据所述流体流量获得的截面流体平均速度，m为沿程测距，d为管道水力直径；S4：定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数S5：将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正公式kr＝0.4923r＋1，所述r为定义的用来表征转动效应大小的物理量；S6：在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。

【技术特征摘要】
1.一种环形流道转动下的摩擦因子修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：搭建环形流道实验台，多次获取环形流道不同转速下的出口流体压
力及入口流体压力、及环形流道内流体的流量；
S2：根据公式获得在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子
λe的第一组数据，其中，Rea为轴向雷诺数；
S3：根据公式获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子λr的第
二组数据，其中Δp为根据所述出口流体压力及入口流体压力所得的压力损失，
va为根据所述流体流量获得的截面流体平均速度，m为沿程测距，d为管道水
力直径；
S4：定义环形流道转动引起的周向流对摩擦因子的修正系数S5：将所述第一组数据和第二组数据进行数据拟合，获得摩擦因子修正
公式kr＝0.4923r＋1，所述r为定义的用来表征转动效应大小的物理量；
S6：在实际工况中，由在流体不转动情况下环形流道内摩擦因子根据所
述摩擦因子修正公式修正后，获得在流体转动情况下环形流道内摩擦因子。
2.如权利要求1所述的环形流道转动下的摩擦因子修正方法，其特征在于，
所述环形流道为内壁面转动的环形流道，在内部转子的外壁和外部定子的内壁
之间形成。
3.如权利要求2所述的环形流道转动下的摩擦因子修正方法，其特征在于，
在所述步骤S1中，改变所述内部转子的转速，以测得环形流道不同转动程度
下的压力分布及环形流道内流体的流量。
4.如权利要求1所述的环形流道转动下的摩擦因子修...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚振强，张磊华，罗国虎，王升德，沈洪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31