液壓泥漿泵水動(dòng)力學(xué)方法測(cè)試

液壓泥漿泵工作原理是利用液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能后，帶動(dòng)葉輪使粘土、石塊與水混合物負(fù)壓抽取方式進(jìn)行吸排作業(yè)。在其葉輪及殼體等設(shè)計(jì)成形后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行水動(dòng)學(xué)試驗(yàn)來驗(yàn)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(jìn)液壓泥漿泵的設(shè)計(jì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)學(xué)前期構(gòu)建模型是以無粘性流體對(duì)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(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的主要任務(wù)是研究泥漿液體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其工程應(yīng)用。具體來講，就是研究泥漿液體的運(yùn)動(dòng)要素（如速度、加速度等）隨時(shí)間和空間的變化情況，以及建立這些運(yùn)動(dòng)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(shí)際問題。

拉格朗日（Lagrange）法就是把液體運(yùn)動(dòng)看作是無數(shù)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總和，用以研究個(gè)別液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過研究足夠多的液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來掌握整個(gè)液流的運(yùn)動(dòng)情況。所以，這種方法又稱為質(zhì)點(diǎn)系法。

而歐拉法就是把液體的運(yùn)動(dòng)看作是各個(gè)空間點(diǎn)上不同液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)是運(yùn)動(dòng)的液體質(zhì)點(diǎn)占據(jù)整個(gè)流動(dòng)區(qū)域構(gòu)成的，因而流場(chǎng)空間點(diǎn)上反映出來的運(yùn)動(dòng)要素值及其隨時(shí)間的變化當(dāng)然是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

我們可以依靠計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和三維物理動(dòng)力狀態(tài)下的液體流動(dòng)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(diǎn)在吸作用下流動(dòng)的過程中不同時(shí)刻所占據(jù)的空間位置的連線，而流線則是某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪出的一條空間曲線，在曲線上所有質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)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(diǎn)在液壓泥漿泵的流動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(chǎng)中任一點(diǎn)的液體運(yùn)動(dòng)要求僅與一個(gè)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(gè)空間或三個(gè)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(yùn)動(dòng)，三元流被稱為空間運(yùn)動(dòng)。

先鋒管道液壓泥漿泵的專家們通過三元流動(dòng)的方法，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了兩類流面交迭代的方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并用于泥漿泵葉輪的流動(dòng)計(jì)算，與通常三元解不同的是還需對(duì)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(shí)際的液壓泥漿泵在運(yùn)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(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度要高于純水運(yùn)動(dòng)理論。因此，在水模型中加入雜質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與水介質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(huì)損失一部分能量，且砂石在泥漿中所含比例是隨機(jī)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(jì)算機(jī)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(jiǎn)化和更加的實(shí)用化，尤其是管道工程和防汛搶險(xiǎn)作業(yè)中，泥漿泵的流量、揚(yáng)程會(huì)隨著模型的計(jì)算而不斷優(yōu)化，復(fù)雜環(huán)境和條件下的工況都會(huì)隨著模擬出來，而液壓泥漿泵的各部件的計(jì)算會(huì)變得簡(jiǎn)單和容易。有時(shí)看著不同品牌而外表大概相同的兩個(gè)泵體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工程應(yīng)用以及測(cè)試中會(huì)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(jìn)行液壓泥漿泵模型中介紹流函數(shù)、勢(shì)函數(shù)等因素對(duì)泥漿泵實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中流速場(chǎng)和壓強(qiáng)場(chǎng)的關(guān)系。

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