離心泵中粘性流體流動(dòng)需要考慮的因素

高粘度流體會(huì )對系統產(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(dòng)而必須施加到流體上的力的度量 - 粘度越高，流動(dòng)阻力越大。這可能會(huì )對泵和系統的性能產(chǎn)生一些嚴重影響。工程師如何在系統設計過(guò)程中考慮這一點(diǎn)？回顧各種計算方法，有助于估計系統對粘性流動(dòng)的響應。注意：如果有使用粘性流體作為測試流體的系統的實(shí)際測試數據，則不需要這些修正方法。

最準確的泵曲線(xiàn)是制造商使用系統流體作為測試流體生成的泵曲線(xiàn)。但是，這些數據很少可用。因此，通常需要對所提供的泵數據進(jìn)行某種型式的調整。

美國國家標準協(xié)會(huì )（ANSI）和水力協(xié)會(huì )（HI）制定了標準，詳見(jiàn) ANSI/HI 9.6.7-2010，并據此來(lái)調整揚程/流量數據。應用此標準有幾個(gè)關(guān)鍵限制：在第9.6.7.4.2節中指出，修正系數受葉輪設計的影響很大，因此這種方法應僅限于比轉速（N_s）為N_s < 60（公制單位）或N_s < 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(chēng)為必需的凈正吸入壓頭）之間沒(méi)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(wèn)題。NPSH3是泵因汽蝕而承受3%揚程損失的吸入壓頭。

一些資料表明，NPSH3不受粘度變化的影響，因為存在增加和減少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。然而，一種更簡(jiǎn)單、更保守的方法是簡(jiǎn)單地增加泵NPSHR的裕度。

泵制造商可能會(huì )根據泵的幾何形狀對粘度修正提出更具體的建議，這可能會(huì )對修正系數產(chǎn)生很大的影響。如果不能正確地考慮粘度的影響，可能會(huì )導致系統中的泵（選型）規格過(guò)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，并使用標準（如ANSI標準等）應用修正系數，從而有效地將這些修正應用于設計。

對于具有粘性流體的系統，較小的管件及其損失可能會(huì )產(chǎn)生比預期更大的影響，特別是當雷諾數小于2,300、流動(dòng)進(jìn)入層流狀態(tài)時(shí)。盡管Crane Technical Paper 410等資料傳統上認為K系數等損失系數適用于所有流動(dòng)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(hù)研討會(huì )上發(fā)表）討論了一個(gè)系統吸入管線(xiàn)中出現汽蝕問(wèn)題的案例。最終，問(wèn)題的根源是系統設計中使用的K系數沒(méi)有正確考慮層流狀態(tài)下增加的損失。

當預計為層流時(shí)，尤其是在吸入管線(xiàn)中，選擇一個(gè)能夠正確考慮管線(xiàn)中損失的損失模型，對系統性能至關(guān)重要。3K損失法、等效長(cháng)度法或調整湍流K系數（ATKF）法等方法都被認為是比傳統K系數更保守的方法。

3K和等效長(cháng)度模型包含實(shí)驗損失系數，如果被建模的組件在幾何形狀上與用于確定損失系數的幾何形狀不相似，則這些系數的用途可能有限。ATKF方法對湍流K系數應用修正系數來(lái)近似層流K 系數值。當對等效組件進(jìn)行比較時(shí)，所有三種方法都產(chǎn)生了相似的損失值。

根據計算工具的不同，可以存儲這些損失方法的通用數據，以便自動(dòng)計算這些方法中的任何一種，而不是手工計算所有較小損失或忽略這些損失。對于粘性系統，這些“微小"損失通常會(huì )對運行產(chǎn)生重大影響。

與泵類(lèi)似，由于高粘度流體，諸如控制閥等可變損失組件將調整運行?？刂崎y制造商通常提供基于水的測試數據。與泵不同，閥門(mén)流量系數（C_v）值可能因制造商的不同而計算不同，盡管使用的通用C_v方程為：