1.2.5 轉速對高速離心泵內部流場的影響

目前對轉速效應影響的研究主要集中在轉速對泵的性能參數、水力效率和特征曲線的影響方面，并且轉速都比較低。Jain等^[59]通過實驗研究了轉速從900～1500 r/min變化對離心泵作透平時的性能影響，發現轉速對泵的能量輸出和效率都有較大的影響，并總結了與轉速相關的高效點性能預測經驗系數表達式。Guo等^[60]通過實驗和數值模擬研究了轉速（3000 ～8000r/min）對變螺距離心泵性能的影響，研究發現誘導輪通道的速度、葉輪和誘導輪內的靜壓升隨著轉速的增加而增加，泵的抗汽蝕性能隨著轉速的增加而惡化。付強等^[61]通過數值模擬研究了轉速（897～1450r/min）對核主泵空化性能及進口流態的影響。蔡建程等^[62]對某一單吸離心泵在變轉速工況下蝸舌處的壓力波動進行了測量與分析。從以上研究可以看出轉速對泵內的性能參數、速度分布、壓力脈動有很大的影響，而目前的研究主要以研究轉速與性能參數之間的規律為主，沒有從轉速影響性能參數的機理方面來研究，然而離心泵的性能與泵內的渦運動密切相關，所以需要從轉速對泵內渦結構的生成演化機理方面入手。

目前研究轉速對高轉速泵內渦結構生成發展的文獻還很少，Jafarzadeh等^[63]采用數值模擬研究了轉速為13000r/min時，離心泵內的流動分離開始點與葉片對蝸舌的相對位置的關系。由于離心泵葉片間的流動可以簡化成旋轉槽道湍流模型^[64]，所以下面主要介紹旋轉對槽道湍流的影響研究。在研究旋轉槽道湍流時，首先界定一個旋轉數Ro=2wl/u_m，其中w為旋轉角速度，u_m代表截面平均速度，l 為槽道、管道的特征尺度。Johnston等^[65]最早研究了旋轉數為0.018時旋轉槽道流，他們發現了旋轉的非對稱效應，并通過理論分析指出旋轉使壓力面雷諾切應力增強，導致壓力面的湍流脈動增強；吸力面的雷諾切應力和湍流脈動則受到抑制。Kristoffersen等^[66]進行了低雷諾數下旋轉槽道湍流的直接數值模擬研究，他們指出在旋轉數Ro=0.0～0.5的范圍內，旋轉使得湍流脈動在壓力面增強，在吸力面減弱。Grundestam等^[67]通過直接數值模擬研究了最大旋轉數達到Ro=3.0時的旋轉效應，他們發現當旋轉數達到3.0時，無論在壓力面或在吸力面，湍流脈動都變得很弱。Brethouwer等^[68]在他們的研究中也發現了類似的現象，此外他們還通過雷諾應力輸運方程分析了旋轉效應對能量的再分配作用。Zeman^[69]界定了一個尺度l_Ω，湍流結構尺度大于該值時，受到旋轉的影響，而低于該值時可以恢復各向同性的湍流特性。Dai等^[64]通過直接數值模擬研究了雷諾數為300、旋轉數范圍為1～40的旋轉方形直管內的湍流流動，研究發現隨著旋轉速度的增加，普朗特第二類湍流誘導的二次流逐漸轉變為科氏力驅動的大回流泡。可見轉速對旋轉槽道內的影響機制在高速和低速情況下存在差異。

目前研究轉速達到10⁴r/min量級的公開文獻還比較少，雖然航天方面液體火箭速度達到了10⁵r/min，但是其內部流動狀態還不清楚。此外，從以上研究介紹可以看出，旋轉效應對離心泵內部流動的影響機制在不同轉速時也各不相同，因此有必要研究旋轉效應對高轉速離心葉輪內部渦運動的影響。