液壓泥漿泵水動力學方法測試

欄目：自爬式液壓切管機（爬管機）工程發(fā)布時間：2022-05-24 作者: 先鋒管道來源: 原創(chuàng) 瀏覽量: 642

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隨著計算機模擬環(huán)境（包括水流、雜質及三元流）的建立和制造技術的不斷完善，使其結構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，而液壓泥漿泵的各部件的計算會變得簡單和容易。

液壓泥漿泵工作原理是利用液壓馬達將液壓能轉換為機械動能后，帶動葉輪使粘土、石塊與水混合物負壓抽取方式進行吸排作業(yè)。在其葉輪及殼體等設計成形后，應當進行水動學試驗來驗證葉輪及殼體的流向、擾流等現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系，逐漸改進液壓泥漿泵的設計和優(yōu)化生產流程。

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，特別是質量守恒、動量守恒以及能量守恒。除此之外，水流體還假設遵守“連續(xù)性假設”。水流體從微觀情況下來看是由分子所構成，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，除了質量、動量與能量守恒方程之外，另外還應有熱力學的狀態(tài)方程，使得壓力成為流體其他熱力學變量的函數，而使問題得以被限定。

液壓泥漿泵的水動學前期構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力，可以判斷無粘性流體的剪應力為零，而正應力（即法向應力）PXX=PYY=PZZ=-P。P稱為無粘性流體或靜止流體的壓力函數。

液壓泥漿泵的水動力學試驗的主要任務是研究泥漿液體的機械運動規(guī)律及其工程應用。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系式，并利用這些關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質點運動的總和，用以研究個別液體質點的運動為基礎，通過研究足夠多的液體質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)，認定流場是運動的液體質點占據整個流動區(qū)域構成的，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然是質點運動的結果。

我們可以依靠計算機輔助系統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點在吸作用下流動的過程中不同時刻所占據的空間位置的連線，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，也不能轉折，只能是一條光滑的曲線，它代表著質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，這無數條流線組成的封閉的管狀曲面就稱為流管。

根據泥漿的水力要素與液壓泥漿殼體內空間自變量的關系，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，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，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，在計算機上實現了兩類流面交迭代的方法已經實現，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。

在實際的液壓泥漿泵在運轉中，泥漿流體具有粘性并且夾雜著砂粒和石塊，其泥漿運動的復雜程度要高于純水運動理論。因此，在水模型中加入雜質后發(fā)現，雜質的運動與水介質運動軌跡大致相同，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據模型已經構建出來，隨著計算機模擬環(huán)境（包括水流、雜質及三元流）的建立和制造技術的不斷完善，使其結構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部結構，在實際工程應用以及測試中會有明顯的差別，這就是不斷優(yōu)化的結果。

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