本发明涉及一种新型离心泵空化数值计算方法，具体是一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法。
背景技术：
汽蚀余量是泵的重要参数，指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，它反映了泵的汽蚀性能的好坏。泵汽蚀余量越小，表示其抗汽蚀性能越强。根据汽蚀余量的大小，可以确定泵安装的允许高度，在实际工程应用中具有重要意义。泵汽蚀性能的好坏会直接影响泵能否如期运行，这关系到整个系统的状态，一旦空化计算不准确，会造成难以想象的后果。在实际工业中会采取一系列的措施来降低汽蚀余量，如果不能得到准确且符合要求的汽蚀余量值，会导致泵性能的严重下降，甚至会使其中断工作。因此能够快速准确的得到泵汽蚀余量的大小对于泵业来说，至关重要。
但是现在比较常用的方法有cfd仿真模拟法和实验测量法，cfd相当于“虚拟”地在计算机上做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况，实验测量成本较大，故多数情况下会采用cfd仿真来得到泵的汽蚀余量。现在一般采取扬程下降3％时的汽蚀余量作为该泵的必需汽蚀余量，即npshr。
采取cfd进行模拟得到必需汽蚀余量的过程，现在方法多为设定出口总压来逐步降低，多次仿真模拟，直到出口总压值使得扬程下降了3％为止。由于扬程随着出口总压在下降的过程中呈现先缓慢下降后急剧下降的现象，故多数情况下需要进行很多次，甚至十次以上才能得到扬程下降3％的点附近，这种方法不仅效率低下，同时需要耗费大量时间和资源，且具体的仿真结果精度与很难保证。
技术实现要素：
为了解决传统依据cfd仿真法来得到汽蚀余量过程中所存在的效率低的问题，本发明采取了一种参考气压值，利用参考气压值来计算汽蚀余量。
本发明具体包括以下步骤：
步骤一：建立流体域
对蜗壳式离心泵进行建模，设置叶片边缘与隔舌之间的初始位置；
连接隔舌顶点与叶片进口圆圆心，连接所有叶片顶点与叶片进口圆圆心，确保隔舌顶点与叶片进口圆圆心的连线和叶片顶点与叶片进口圆圆心的连线夹角最小值位于1°～5°之间，并导出流体域文件。
步骤二：网格划分
对导出的流体域文件进行网格划分，叶片、进出口区域进行网格的细化，划分出精细的边界层网格，并对所有的网格进行质量提升。
步骤三：不加空化模型，定常计算
对步骤二得到的网格文件，导入软件cfx中，在不加空化模型下，初始参考气压值设置为0，根据额定扬程设置出口静压，定常计算，得到一份结果文件，记录此时扬程h0，并计算需要降到3％的扬程h’，同时复制一份结果文件留作备用。
步骤四：计算选定叶片的面均压力值
对于步骤三得到结果文件进行后处理，观察内部的压力分布情况，并找出作积分的叶片；对作积分的叶片上满足1.2din～0.75dout的吸力面区域作压力面积积分，得到面均压力值pa，其中din为叶片进口直径，dout为叶片出口直径。
步骤五：确定参考气压值，添加空化模型，定常计算验证结果
以步骤四中取得的面均压力值pa减去饱和蒸气压pv作为参考气压值pf。在软件cfx中，设置参考气压值，定常计算来判断仿真结果中的扬程值h是否达到了扬程下降3％的点。
步骤六：迭代计算，根据结果文件中扬程h大小，重新选取参考气压值，判断结果。
本发明的有益效果：本发明依据于汽蚀产生的原因，直接根据内部空化压力值来进行下一步的计算，而不是盲目的降低出口压力，这种方法可大大节约计算时间，提高计算效率，同时采取更改参考气压值的方法来计算泵的必需汽蚀余量。一般情况下只需不高于五次计算便可以得到泵的必需汽蚀余量值。
附图说明
图1：本发明流程图；
图2：叶片选取角；
图3：压力区域a的范围；
图4：积分区域；
图5：以逐次降低出口总压法得到的npsh-h曲线与以本发明得到的npsh-h曲线对比图。
具体实施方式
如图1所示，为了实现快速准确地得到汽蚀余量值，本发明提供了以下步骤：
步骤一：流体域建立
对蜗壳式离心泵进行建模，设置叶片边缘与隔舌之间的初始位置，连接隔舌顶点与叶片进口圆圆心，连接所有叶片顶点与叶片进口圆圆心，确保隔舌顶点与叶片进口圆圆心的连线和叶片顶点与叶片进口圆圆心的连线夹角最小值位于1°～5°之间，并导出流体域文件。
步骤二：网格划分
对导出的流体域文件进行网格划分，叶片、进出口区域进行网格的细化，划分出精细的边界层网格，并对所有的网格进行质量提升。
步骤三：不加空化模型，定常计算
对步骤二得到的网格文件，导入软件cfx中，在不加空化模型下，初始参考气压值设置为0，根据额定扬程设置出口静压，定常计算，得到一份结果文件，记录此时扬程值，并计算需要降到3％的扬程，同时复制一份结果文件留作备用。
通过给定的流量值q，额定扬程hn，在软件cfx中进行设置：
将出口静压pm设置为：
pm＝(λhn ε)ρg,λ∈(1.0～1.1),ε∈(10～20)
其中ρ为液体密度，g为重力加速度，λ为扬程系数，ε为扬程参考量
在进口将质量流量设置为：q
仿真处理可得到进口总压：pin，出口总压：pout
根据泵扬程与进出口压力关系可得：扬程h0＝(pout-pin)/ρg，h0为不加空化模型下得到的扬程。下降3％时的扬程h’：h’＝0.97h0
步骤四：后处理
对于步骤三得到结果文件进行后处理，观察内部的压力分布情况，并找出作积分的叶片，对叶片上满足1.2din～0.75dout的吸力面区域作压力面积积分得到面均压力值pa，这里din为叶片进口直径，dout为叶片出口直径。
通过cfd后处理叶片压力云图可看出叶片上的压力分布，连接叶轮进口圆圆心o与隔舌顶点得到直线l，同时以叶轮进口圆圆心o为旋转点将直线l分别顺时针和逆时针旋转1°和5°，顺时针旋转1°的直线记为l1，顺时针旋转5°的直线记为l2，逆时针旋转1°的直线记为l’1，逆时针旋转5°的直线记为l’2。
选取位于l1和l2或l’1和l’2之间的叶片，并将叶片尾端与叶轮进口圆圆心o的连线记为l3，当存在多条直线l3时，则以l3与l的夹角为3°时为最优的l3。
在选取的叶片吸力面处取满足1.2din～0.75dout内的区域，即确定的压力区域范围为：
a＝∫sdt，t∈(1.2din，0.75dout)
t为叶片吸力面处满足1.2din～0.75dout内的区域长度，s为叶片吸力面处满足1.2din～0.75dout内的区域宽度；压力区域a上的最大压力值记为pmax；对区域a作面积积分得到面均压力值pa：
这里a为区域面积，ai为面积元，φ为区域压力值，φi为压力元，n为分割次数。
步骤五：确定参考气压值，添加空化模型，定常计算验证结果
以步骤四中取得的面均压力值pa减去饱和蒸气压pv作为参考气压值pf。在软件cfx中，设置参考气压值，定常计算来判断仿真结果中的扬程值h是否达到了扬程下降3％的点。
设置参考气压值为：pf＝pa-pv。
步骤六：迭代计算，根据结果文件中扬程h大小，重新选取参考气压值，判断结果
1)当
①若h>0.97h0，取初始减小量δp0＝0，每次迭代减小量δpi根据最后得到的h判断，这里i为迭代次数，取为：
鉴于每次迭代减小量过大会影响后续计算的机理，当迭代n次后，第(n 1)次迭代减小量δpn 1大于一定值时，对其取半作为第(n 1)次迭代减小量δpn 1，即当
②若h<0.97h0，采取步骤三中复制的备用结果文件，在此基础上重新拾取
2)当
下面结合附图与具体实例进行阐述：
以一种蜗壳式离心泵水力模型为例，使用三维建模软件完成进行建模后，采取cfd仿真技术首先对其进行无空化模型的定常计算，计算完成后备份结果文件，连接叶轮进口圆圆心o与隔舌顶点的直线为l，在后处理中选取位于l两侧±(1°～5°)的叶片，如图2所示。以o为圆心，直径为0.75dout、1.2din画两个圆，作为分割积分区域的边界线，如图3所示。对满足条件的叶片，在叶片边缘、圆心为o直径为0.75dout和1.2din相交的封闭区域，作吸力面的面积积分，如图4所示，得到面均压力值。以面均压力值减去饱和蒸气压作为参考气压值，加上空化模型重新计算，判断最后得到的扬程值是否满足条件，对不满足条件的情况适当更改参考气压值来重新计算，且后续所有计算均需要在上一步的基础上计算，对于扬程下降太大的情况，需在备份结果文件基础上从第一步重新计算。
基于传统方法与上述方法得到的曲线图如图5所示，传统降低出口压力的方法计算了10次，本发明方法计算了5次，但结果相近，说明本发明可以用来作为一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量的数值模拟预测方法。
1.一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：建立流体域
对蜗壳式离心泵进行建模，设置叶片边缘与隔舌之间的初始位置；
连接隔舌顶点与叶片进口圆圆心，连接所有叶片顶点与叶片进口圆圆心，确保隔舌顶点与叶片进口圆圆心的连线和叶片顶点与叶片进口圆圆心的连线夹角最小值位于1°～5°之间，并导出流体域文件；
步骤二：网格划分
对导出的流体域文件进行网格划分，叶片、进出口区域进行网格的细化，划分出精细的边界层网格，并对所有的网格进行质量提升；
步骤三：不加空化模型，定常计算
对步骤二得到的网格文件，导入软件cfx中，在不加空化模型下，初始参考气压值设置为0，根据额定扬程设置出口静压，定常计算，得到一份结果文件，记录此时扬程h0，并计算需要降到3％的扬程h’，同时复制一份结果文件留作备用；
步骤四：计算选定叶片的面均压力值
对于步骤三得到结果文件进行后处理，观察内部的压力分布情况，并找出作积分的叶片；对作积分的叶片上满足1.2din～0.75dout的吸力面区域作压力面积积分，得到面均压力值pa，其中din为叶片进口直径，dout为叶片出口直径；
步骤五：确定参考气压值，添加空化模型，定常计算验证结果
以步骤四中取得的面均压力值pa减去饱和蒸气压pv作为参考气压值pf；在软件cfx中，设置参考气压值，定常计算来判断仿真结果中的扬程值h是否达到了扬程下降3％的点；
步骤六：迭代计算，根据结果文件中扬程h大小，重新选取参考气压值，判断结果，具体是：
1)当
①若h>0.97h0，取初始减小量δp0＝0，每次迭代减小量δpi根据最后得到的h判断，这里i为迭代次数，取为:
②若h<0.97h0，采取步骤三中复制的备用结果文件，在此基础上重新拾取
2)当
2.根据权利要求1所述的一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法，其特征在于，其特征在于：步骤三具体是：
通过给定的流量值q，额定扬程hn，在软件cfx中进行设置出口静压以及进口的质量流量；
根据泵扬程与进出口压力关系计算不加空化模型下的扬程值。
3.根据权利要求1所述的一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法，其特征在于，其特征在于：步骤四具体是：
通过cfd后处理叶片压力云图，可得出叶片上的压力分布；
设连接叶轮进口圆圆心o与隔舌顶点为直线l，以叶轮进口圆圆心o为旋转点将直线l分别顺时针和逆时针旋转1°和5°；其中顺时针旋转1°的直线记为l1，顺时针旋转5°的直线记为l2，逆时针旋转1°的直线记为l’1，逆时针旋转5°的直线记为l’2，选取位于l1和l2或l’1和l’2之间的叶片，该叶片即为作积分的叶片；
在叶片吸力面处取满足1.2din～0.75dout内的区域，即确定的压力区域范围为：
a＝∫sdt，t∈(1.2din，0.75dout)
t为叶片吸力面处满足1.2din～0.75dout内的区域长度，s为叶片吸力面处满足1.2din～0.75dout内的区域宽度；
对区域a作面积积分得到面均压力值pa：
这里a为区域面积，ai为面积元，φ为区域压力值，φi为压力元，n为分割次数。
4.根据权利要求3所述的一种蜗壳式离心泵必需汽蚀余量数值模拟预测方法，其特征在于，其特征在于：步骤六中鉴于每次迭代减小量过大会影响后续计算的机理，当迭代n次后，第(n 1)次迭代减小量δpn 1大于一定值时，对其取半作为第(n 1)次迭代减小量δpn 1，即当
