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離心泵中粘性流體流動需要考慮的因素
閱讀：663 發(fā)布時(shí)間：2023-5-26高粘度流體會對系統(tǒng)產(chǎn)生一些有趣的影響,，尤其是在涉及離心泵時(shí),。粘度是為了產(chǎn)生流動而必須施加到流體上的力的度量 - 粘度越高，流動阻力越大,。這可能會對泵和系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一些嚴(yán)重影響,。工程師如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中考慮這一點(diǎn)？回顧各種計(jì)算方法,，有助于估計(jì)系統(tǒng)對粘性流動的響應(yīng),。注意：如果有使用粘性流體作為測試流體的系統(tǒng)的實(shí)際測試數(shù)據(jù)，則不需要這些修正方法,。
最準(zhǔn)確的泵曲線是制造商使用系統(tǒng)流體作為測試流體生成的泵曲線,。但是，這些數(shù)據(jù)很少可用,。因此,，通常需要對所提供的泵數(shù)據(jù)進(jìn)行某種型式的調(diào)整。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）和水力協(xié)會（HI）制定了標(biāo)準(zhǔn),，詳見 ANSI/HI 9.6.7-2010,，并據(jù)此來調(diào)整揚(yáng)程/流量數(shù)據(jù)。應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)有幾個(gè)關(guān)鍵限制：在第9.6.7.4.2節(jié)中指出,，修正系數(shù)受葉輪設(shè)計(jì)的影響很大,，因此這種方法應(yīng)僅限于比轉(zhuǎn)速（Ns）為Ns < 60（公制單位）或Ns < 3000（美制單位）的徑向葉輪泵。此外,，這種方法只能用于牛頓流體,。
由于粘度和NPSH3（有時(shí)稱為必需的凈正吸入壓頭）之間沒有明確的通用關(guān)系，因此修正泵的NPSH3是一個(gè)更困難的問題,。NPSH3是泵因汽蝕而承受3%揚(yáng)程損失的吸入壓頭,。
一些資料表明，NPSH3不受粘度變化的影響,，因?yàn)榇嬖谠黾雍蜏p少NPSH3的相互沖突的因素,，因此對NPSH3的總體影響通常相對平衡的狀態(tài)。ANSI確實(shí)提供了基于理論熱力學(xué)的修正系數(shù),。然而,，一種更簡單、更保守的方法是簡單地增加泵NPSHR的裕度,。
泵制造商可能會根據(jù)泵的幾何形狀對粘度修正提出更具體的建議,，這可能會對修正系數(shù)產(chǎn)生很大的影響。如果不能正確地考慮粘度的影響,，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)中的泵（選型）規(guī)格過小,，并縮短其使用壽命。
建模工具可以幫助進(jìn)行靈敏度分析,，并使用標(biāo)準(zhǔn)（如ANSI標(biāo)準(zhǔn)等）應(yīng)用修正系數(shù),，從而有效地將這些修正應(yīng)用于設(shè)計(jì)。
對于具有粘性流體的系統(tǒng),，較小的管件及其損失可能會產(chǎn)生比預(yù)期更大的影響,，特別是當(dāng)雷諾數(shù)小于2,300、流動進(jìn)入層流狀態(tài)時(shí)。盡管Crane Technical Paper 410等資料傳統(tǒng)上認(rèn)為K系數(shù)等損失系數(shù)適用于所有流動狀態(tài),，但最近的一些資料表明,，情況并非如此。一篇技術(shù)論文“Resolving Operational Problems in Pumping Nonsettling Slurries"（Daniel W.Wood和Trey Walters在國際泵用戶研討會上發(fā)表）討論了一個(gè)系統(tǒng)吸入管線中出現(xiàn)汽蝕問題的案例,。最終,，問題的根源是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的K系數(shù)沒有正確考慮層流狀態(tài)下增加的損失。
當(dāng)預(yù)計(jì)為層流時(shí),，尤其是在吸入管線中,，選擇一個(gè)能夠正確考慮管線中損失的損失模型，對系統(tǒng)性能至關(guān)重要,。3K損失法,、等效長度法或調(diào)整湍流K系數(shù)（ATKF）法等方法都被認(rèn)為是比傳統(tǒng)K系數(shù)更保守的方法。
3K和等效長度模型包含實(shí)驗(yàn)損失系數(shù),，如果被建模的組件在幾何形狀上與用于確定損失系數(shù)的幾何形狀不相似,，則這些系數(shù)的用途可能有限。ATKF方法對湍流K系數(shù)應(yīng)用修正系數(shù)來近似層流K 系數(shù)值,。當(dāng)對等效組件進(jìn)行比較時(shí),，所有三種方法都產(chǎn)生了相似的損失值。
根據(jù)計(jì)算工具的不同,，可以存儲這些損失方法的通用數(shù)據(jù),，以便自動計(jì)算這些方法中的任何一種，而不是手工計(jì)算所有較小損失或忽略這些損失,。對于粘性系統(tǒng),，這些“微小"損失通常會對運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。
與泵類似,，由于高粘度流體,，諸如控制閥等可變損失組件將調(diào)整運(yùn)行?？刂崎y制造商通常提供基于水的測試數(shù)據(jù),。與泵不同，閥門流量系數(shù)（Cv）值可能因制造商的不同而計(jì)算不同,，盡管使用的通用Cv方程為：
粘度修正沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),。大多數(shù)閥門制造商都會提供信息，以確定閥門的適當(dāng)粘度修正系數(shù),，該系數(shù)通常根據(jù)雷諾數(shù)確定,。
一般情況下，如果雷諾數(shù)在1,000以上,，這種修正會相對較小,。然而,，當(dāng)有疑問時(shí)，最好計(jì)算修正系數(shù),，并測試對整個(gè)管網(wǎng)的影響,。
如果在設(shè)計(jì)過程中不應(yīng)用粘度修正系數(shù)，則控制閥的尺寸可能會選擇過小,，從而過度限制流向流程的流量,。一般來說,，人們認(rèn)識到,，由于高度依賴于閥門的幾何形狀，閥門的粘度修正系數(shù)可能具有很高的不確定性,。額外的幾何修正系數(shù)可以幫助解決這個(gè)問題,，但在閥門選擇過程中需要注意這一點(diǎn)。
總體而言,，粘度越高,，雷諾數(shù)越低，對系統(tǒng)的影響就越嚴(yán)重,。系統(tǒng)中的所有設(shè)備都可能受到粘性流動條件的影響,，而不僅僅是泵的性能曲線。
建模工具可以幫助實(shí)現(xiàn)這一過程的自動化,，并減少在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮這些影響所需的時(shí)間,。
確保將這些方法應(yīng)用于現(xiàn)有系統(tǒng)的故障排除或設(shè)計(jì)具有粘性流體的新系統(tǒng)。