1 前言

內(nèi)燃機(jī)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域采用最廣泛的動(dòng)力裝置。內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵作為冷卻系統(tǒng)的核心零部件，其可靠性直接決定了整機(jī)運(yùn)行可靠性內(nèi)。隨著內(nèi)燃機(jī)輕量化要求的日益提高，鑄鋁合金冷卻水泵逐漸被推廣使用，汽蝕問(wèn)題一直是鑄鋁合金水泵推廣應(yīng)用的重要瓶頸，特別是在重型商用柴油機(jī)上，鑄鋁合金水泵汽蝕對(duì)內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行和工作造成極大的危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成整機(jī)無(wú)法運(yùn)行。文獻(xiàn)[1]指出，對(duì)內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵汽蝕性能的評(píng)價(jià)主要沿用傳統(tǒng)的臨界汽蝕余量NPSHc指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即當(dāng)裝置汽蝕余量NPSHa ≥(1.1～1.5)NPSHc，認(rèn)為水泵運(yùn)行在“汽蝕安全區(qū)域”。NPSHc通過(guò)零部件汽蝕試驗(yàn)(試驗(yàn)水泵轉(zhuǎn)速、流量保持不變，調(diào)整試驗(yàn)裝置汽蝕余量NPSHt，獲取揚(yáng)程變化曲線)測(cè)得，通常將揚(yáng)程下降3%的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)汽蝕余量定為臨界汽蝕余量。

近幾年產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即使鑄鋁合金水泵的汽蝕安全系數(shù)達(dá)到2.7(定義汽蝕安全系數(shù)α=NPSHa÷NPSHc)，也無(wú)法避免汽蝕故障的發(fā)生。無(wú)獨(dú)有偶，文獻(xiàn)[2]列舉了日本在上世紀(jì)70年代至90年代，在汽蝕安全區(qū)域運(yùn)行的水泵出現(xiàn)45起水泵汽蝕故障，說(shuō)明用傳統(tǒng)的臨界汽蝕余量法評(píng)價(jià)水泵汽蝕性能的準(zhǔn)確性受其它不確定因素的影響。

檢察機(jī)關(guān)提起公益訴訟制度，是黨中央部署的重大改革任務(wù)。2015年7月，全國(guó)人大常委會(huì)授權(quán)江蘇等13個(gè)省市開(kāi)展檢察機(jī)關(guān)提起公益訴訟試點(diǎn)工作。三年多來(lái)，江蘇檢察機(jī)關(guān)在公益訴訟道路上“破冰”前行，探索司法保護(hù)公益的“江蘇樣本”。共辦理訴前程序案件6664件、提起公益訴訟329件，分別占全國(guó)案件總數(shù)的15.7%和17.3%，提起訴訟數(shù)位居全國(guó)第一。其中，提起生態(tài)環(huán)境和資源保護(hù)公益訴訟案件173件，督促清理固體廢物29萬(wàn)余噸，索賠環(huán)境資源損害賠償金等費(fèi)用5.8億余元，促進(jìn)解決了一批群眾反映強(qiáng)烈的環(huán)境問(wèn)題。

文獻(xiàn)[3]指出, Harvey提出了“汽蝕核子”的假設(shè)，并被后人用全息照相的光學(xué)方法測(cè)得了汽蝕核子的存在。汽蝕的發(fā)生取決于液體中汽蝕核子的大小和數(shù)量,因此,液體可以在不同的壓力下開(kāi)始斷裂,所以不存在使汽蝕發(fā)生的明確壓力。即當(dāng)液體中的汽蝕核子的數(shù)量、大小達(dá)到某一條件時(shí)，液體壓力大于飽和蒸汽壓的情況下也可以發(fā)生汽蝕。

為了找出水泵汽蝕的原因，筆者按照“汽蝕核子”理論排查分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)生汽蝕破壞的水泵與其它無(wú)汽蝕破壞的水泵相比，冷卻液清潔度、冷卻液牌號(hào)并沒(méi)有差異，因此推論該水泵汽蝕問(wèn)題非“汽蝕核子”過(guò)多導(dǎo)致。進(jìn)一步，筆者借助流體仿真軟件對(duì)問(wèn)題水泵與臨界汽蝕余量相近的無(wú)汽蝕問(wèn)題水泵(下文2#水泵)進(jìn)行空化仿真分析，通過(guò)分析空化仿真結(jié)果找出問(wèn)題水泵汽蝕的根本原因，并針對(duì)原因制定改進(jìn)方案。最終通過(guò)零部件耐久試驗(yàn)驗(yàn)證分析結(jié)論。

2 水泵結(jié)構(gòu)及性能對(duì)標(biāo)分析

對(duì)標(biāo)無(wú)汽蝕水泵(2#水泵)，分析汽蝕水泵(1#水泵)參數(shù)及結(jié)構(gòu)。具體性能參數(shù)見(jiàn)表1，1#水泵與2#水泵材料相同(鑄鋁合金泵體，塑料葉輪)，葉輪平面投影圖見(jiàn)圖1，葉輪幾何參數(shù)見(jiàn)表2。

2.1 葉片型線

從葉輪葉片型線分析，1#水泵葉片為圓柱形雙向彎曲型線(呈 S形)，葉片間流道中間發(fā)生轉(zhuǎn)折，加劇葉片流道內(nèi)湍流強(qiáng)度，另一方面，S形葉形導(dǎo)致葉片間流道變短且擴(kuò)算角度變大，最終加劇壓力損失及壓力波動(dòng)，對(duì)葉片間流道空化的發(fā)展及氣泡潰滅起到促作用；2#水泵葉片為圓柱形單向彎曲型線，不存在此問(wèn)題，抗汽蝕性能優(yōu)于1#水泵。

2.2 葉輪進(jìn)口折引直徑

本文模型計(jì)算共須設(shè)定以下四個(gè)邊界條件：

(1)

=4

5～5

5時(shí)，可得到具有抗汽蝕性能較高、效率較低的葉輪。

景區(qū)的發(fā)展與進(jìn)步，人才要素更為突出，當(dāng)?shù)氐母叩仍盒２](méi)有開(kāi)設(shè)旅游管理的相關(guān)課程，在一定程度上失去了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)旅游區(qū)的依托。而大部分的本地人因?yàn)槭煜ぞ皡^(qū)從事了景區(qū)工作人員這一職業(yè)，在一定程度上使得員工的文化素質(zhì)偏低，提供給景區(qū)進(jìn)行改善的建設(shè)性意見(jiàn)也相對(duì)較少。

=3

5～4

0時(shí)，可得到具有抗汽蝕性能較低、效率較高的葉輪。

式中

、

、

釋義參見(jiàn)表1及表2。

設(shè)置求解模塊Centrifugal(離心泵模塊)、Turbulence(湍流模塊)、Cavitation(空化模塊)； Centrifugal參數(shù)設(shè)定：求解方式為穩(wěn)態(tài)，參照表1及表2設(shè)定轉(zhuǎn)速、葉輪葉片數(shù)，設(shè)定旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn)軸線向量。Turbulence及Cavitation無(wú)需設(shè)置。

帶入表1及表2相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得1#水泵

值為4

66，2#水泵

值為4

63，從

系數(shù)分析二者抗汽蝕性能相當(dāng), 1#水泵略優(yōu)。

整個(gè)項(xiàng)目制作以學(xué)生為主體創(chuàng)客導(dǎo)師為指導(dǎo)完成，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)調(diào)研，提出問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目既定目標(biāo)、跨學(xué)科知識(shí)點(diǎn)、小組成員專(zhuān)業(yè)特征做整體分析，最終提出解決方案，將課內(nèi)外知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提升實(shí)踐能力。不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生組成的小組可以讓學(xué)生知識(shí)面得到拓展，提升溝通協(xié)作共享能力。完成項(xiàng)目過(guò)程中實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)內(nèi)容分析、探討、學(xué)習(xí)，學(xué)生完成項(xiàng)目過(guò)程中不可避免遇到自己專(zhuān)業(yè)以外的知識(shí)點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)欲望，培養(yǎng)勇于探索、克服苦難的精神。 項(xiàng)目結(jié)束后由創(chuàng)客工坊中創(chuàng)客導(dǎo)師將各小組項(xiàng)目進(jìn)行資源匯總，匯總后的項(xiàng)目資源傳到創(chuàng)客云平臺(tái)中供學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

最后，我記得這本書(shū)的扉頁(yè)上寫(xiě)著這樣一句話：《大教學(xué)論》它闡明把一切事物教給一切人們的全部藝術(shù)。這是一種教起來(lái)準(zhǔn)有把握，因而準(zhǔn)有結(jié)果的藝術(shù)；并且它又是一種教起來(lái)使人感到愉快的藝術(shù)，就是說(shuō)，它不會(huì)使教員感到煩惱，使學(xué)生感到厭惡，它能使教員和學(xué)生全都得到最大的快樂(lè)；此外，它又是一種教得徹底、不膚淺、不鋪張，卻能使人獲得真實(shí)的知識(shí)、高尚的情誼和最深刻的虔信的藝術(shù)。

2.3 葉片進(jìn)口邊位置

出口條件：采用Outlet控制，參照表1設(shè)定出口流量(按照m

/s換算)；

2.2 妊娠期各類(lèi)型UI所占的比例與嚴(yán)重程度情況本次調(diào)查顯示，UI的患病率為36.9%（382/1 036），其中SUI患病率為27.6%，UUI的患病率為4.2%，MUI的患病率為3.7%，其他類(lèi)型UI的患病率為1.4%。各類(lèi)型UI構(gòu)成比依次為SUI 74.9%（286/382）、UUI 11.5%、MUI 9.9%、OUI 3.7%?；糢I孕婦中，主要以輕、中度UI為主，輕度UI 216人，占56.5%（216/382），中度UI 147人，占38.5%。

2.4 臨界汽蝕余量

參照文獻(xiàn)[5]，3%揚(yáng)程下降點(diǎn)作為水泵的臨界汽蝕余量點(diǎn)，測(cè)量1#水泵與2#水泵的臨界汽蝕余量NPSHc，分別為3.1m及3.2m，見(jiàn)圖3。從NPSHc分析，1#水泵抗汽蝕性能與2#水泵汽蝕性能相當(dāng)，1#水泵略優(yōu)，這與水泵實(shí)際運(yùn)行情況(1#水泵發(fā)生汽蝕破壞，2#水封無(wú)汽蝕破壞)矛盾。

3 仿真分析

PumpLinx是美國(guó)Simerics公司專(zhuān)門(mén)為各類(lèi)泵的水力模擬計(jì)算開(kāi)發(fā)的CFD軟件，其核心部分是一個(gè)功能強(qiáng)大的CFD求解器，能夠求解可壓縮及不可壓縮流體流動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，PumpLinx提供多種泵的專(zhuān)用模塊用于泵的求解計(jì)算，本文采用PumpLinx對(duì)水泵進(jìn)行仿真分析。

3.1 模型建立及流體域網(wǎng)格劃分

運(yùn)用三維建模軟件提取1#水泵與2#水泵流體域，如圖4所示；運(yùn)用流體仿真軟件對(duì)1#水泵及2#水泵流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界設(shè)定，如圖5所示。

3.2 仿真模塊設(shè)定

超導(dǎo)磁場(chǎng)儲(chǔ)能技術(shù)型儲(chǔ)能磁質(zhì)下的損耗基于工作方式的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變,在微網(wǎng)系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)下,磁質(zhì)則可持續(xù)保持能量,而交流側(cè)則變換,并由此產(chǎn)生諧波[9],渦流損耗常出現(xiàn)在超導(dǎo)接頭部分,并主要針對(duì)導(dǎo)線自身所產(chǎn)生的損耗。超導(dǎo)磁場(chǎng)儲(chǔ)能線圈如圖4 所示。

3.3 求解邊界條件設(shè)定

離心泵設(shè)計(jì)理論

中提到，葉輪進(jìn)口折引直徑對(duì)水泵汽蝕性能的影響通過(guò)k

系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)：

圍繞主題遣詞造句，積章成篇是保證文章言之有物的前提。在表現(xiàn)主題的過(guò)程中，作者抒發(fā)感情，則是通過(guò)文辭的抑揚(yáng)婉轉(zhuǎn)所形成的節(jié)奏和韻律來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要體悟作者在詩(shī)文中蘊(yùn)含的情感，就要理解詩(shī)文外在的體例以及內(nèi)在的節(jié)奏和韻律。劉彥和以時(shí)代為線索，將二言到七言詩(shī)歌進(jìn)行了詳細(xì)的梳理，得出了由于情勢(shì)趨向于復(fù)雜，表達(dá)要求得更周詳。隨著時(shí)代的發(fā)展，復(fù)雜長(zhǎng)句的運(yùn)用逐漸代替簡(jiǎn)單斷句的結(jié)論。

工作介質(zhì)：動(dòng)力粘度設(shè)定為0.00712Pa·s，密度設(shè)定為1011.9kg/m

，飽和蒸氣壓設(shè)定為61880Pa，工作溫度設(shè)定為368K，氣體含量設(shè)定為0.009%；

=4

0～4

5時(shí)，可得到抗汽蝕性能、效率適中的葉輪。

葉輪壁面條件：葉輪內(nèi)部壁面(葉片流道壁面)設(shè)置為Rotor控制，與葉輪外部壁面(背部及頂部壁面)設(shè)置為Rotoring Wall 控制。

很多時(shí)候?qū)W生答題出現(xiàn)錯(cuò)誤并不是因?yàn)闆](méi)有審題甚至可說(shuō)沒(méi)有認(rèn)真審題，而是因?yàn)樗麄儗忣}不夠深刻，沒(méi)有挖掘到題目表面含義下真正的意思.因此，老師在教學(xué)中不僅僅要指導(dǎo)學(xué)生讀懂題目表面的含義，更要讓學(xué)生明白深層次的意思，從而培養(yǎng)學(xué)生審題的深刻性.

文獻(xiàn)[1]指出，葉片進(jìn)口邊適當(dāng)向吸入口延伸，可使液體提早接受葉片的作用，減小葉片進(jìn)口繞流壓力損失，提高泵抗汽蝕性能。但是葉片過(guò)度前伸會(huì)導(dǎo)致葉片進(jìn)口排擠嚴(yán)重，葉片流道堵塞，造成泵抗汽蝕新能降低。葉片進(jìn)口邊的前伸程度可用葉片進(jìn)口邊軸面投影線與葉輪軸線的夾角δ控制，見(jiàn)圖2 。文獻(xiàn)[4]指出，對(duì)于高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，δ一般控制在30°～45°，隨著比轉(zhuǎn)速降低，δ取值降低。1#水泵(中比轉(zhuǎn)速泵)δ角為55.7°，遠(yuǎn)大于推薦值，說(shuō)明葉片進(jìn)口邊過(guò)度前伸，抗汽蝕性能低；2#水泵(中比轉(zhuǎn)速泵)δ角為23°，說(shuō)明葉片進(jìn)口邊前伸合理，抗汽蝕性能優(yōu)。

進(jìn)口條件：采用Inlet 控制，設(shè)定進(jìn)口壓力101325Pa；

(1)充分發(fā)揮裕固文化特色優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，進(jìn)一步加大政府的領(lǐng)導(dǎo)和資金投入，充分調(diào)動(dòng)裕固族人民和專(zhuān)家學(xué)者的積極性，促進(jìn)裕固族傳統(tǒng)體育的推廣和普及。

3.4 求解計(jì)算及結(jié)果分析

本文對(duì)1#水泵及2#水泵額定點(diǎn)設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行仿真分析，經(jīng)過(guò)PumpLinx軟件計(jì)算，得到葉輪Vapor Volume Fraction(蒸汽體積分?jǐn)?shù)，表征葉輪內(nèi)部空化程度)分布云圖，具體見(jiàn)表3，對(duì)比不同標(biāo)尺下的Vapor Volume Fraction云圖可以看出，1#水泵的空化程度比2#水泵嚴(yán)重，同時(shí)還可以看出1#水泵的空化分布范圍比2#水泵空化分布范圍大，1#水泵更易產(chǎn)生汽蝕破壞，抗汽蝕性能較2#水泵弱。

進(jìn)一步對(duì)仿真結(jié)果分析，提取水泵葉輪葉片間流道內(nèi)部的空化區(qū)域分布圖(設(shè)定顯示Vapor Volume Fraction≥0.03的區(qū)域)，詳見(jiàn)圖6。從圖中可以直觀的看出1#水泵的空化體積明顯大于2#水泵的空化體積；同時(shí)還可以看出，1#水泵空化區(qū)域全部分布在葉片間流道喉口以后，2#水泵空化區(qū)域橫跨葉片間流道喉口，部分分布在喉口之前。

從NPSHc角度判斷，1#水泵抗汽蝕性能優(yōu)于2#水泵；從空化仿真結(jié)果判斷，1#水泵抗汽蝕性能弱于2#水泵。而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中1#水泵發(fā)生汽蝕破壞，2#水泵未發(fā)生汽蝕破壞，實(shí)際情況與仿真結(jié)果相符，與NPSHc判斷結(jié)論相悖。得出結(jié)論：運(yùn)用NPSHc評(píng)判水泵的抗汽蝕性能存在局限性。

由文獻(xiàn)[1]可知，NPSHc評(píng)判水泵抗汽蝕性能的方法，是通過(guò)監(jiān)測(cè)水泵性能劣化程度進(jìn)而間接判斷水泵的汽蝕情況，并非直接測(cè)出水泵的汽蝕狀態(tài)。在某些情況下，水泵因葉輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而使水泵性能對(duì)泵內(nèi)空化不敏感時(shí)(即水泵內(nèi)部空化較為嚴(yán)重而水泵性能并不劣化)，運(yùn)用NPSHc評(píng)判水泵抗汽蝕性能就會(huì)存在較大偏差。

結(jié)合圖6分析，1#水泵葉輪前片過(guò)度前伸(δ角過(guò)大)，導(dǎo)致葉片間流道喉口前移，空化區(qū)域全部分布在葉片間流道喉口之后，一定程度的空化，不會(huì)造成流道喉口堵塞，也就不會(huì)影響葉輪入口的吸入性能；另一方面1#水泵葉輪葉片間流道短而寬，較弱程度的空化很難堵塞葉片間流道，空化對(duì)性能的影響滯后?；诖藘煞矫嬖?，1#水泵性能對(duì)葉輪內(nèi)部空化不敏感，用NPSHc來(lái)評(píng)判水泵的抗汽蝕性能存在較大偏差。相反的，2#水泵空化區(qū)域的分布特點(diǎn)及葉片間流道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其在用NPSHc方法評(píng)判水泵抗汽蝕性能時(shí)較為準(zhǔn)確。

根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)及推論，在維持水泵性能不變前提下，參照2#水泵葉輪結(jié)構(gòu)對(duì)1#水泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后葉輪平面投影圖見(jiàn)圖7，幾何參數(shù)表見(jiàn)表4。優(yōu)化后葉輪葉片為圓柱形單向彎曲型線，按照公式(1)計(jì)算k

值為4.88(抗汽蝕性能較優(yōu)化前提升)，葉片進(jìn)口邊軸面投影線與葉輪軸線的夾角δ為23°(葉片進(jìn)口變前伸更加合理)。

運(yùn)用PumpLinx軟件，控制仿真過(guò)程處理方法及邊界條件設(shè)定與前述仿真相同，進(jìn)行仿真分析，從仿真結(jié)果可以看出，優(yōu)化后的1#水泵，空化體積明顯降低，且空化區(qū)域分布特點(diǎn)趨向于2#水泵，具體見(jiàn)圖8及圖9。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

1#水泵優(yōu)化方案進(jìn)行樣件試制，在水泵試驗(yàn)臺(tái)先后進(jìn)行汽蝕試，測(cè)得水泵額定點(diǎn)設(shè)計(jì)流量下臨界汽蝕余量NPSHc=3.0m，詳見(jiàn)圖10；進(jìn)一步，在水泵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行零部件耐久試驗(yàn)，完成耐久試驗(yàn)后拆檢，水泵內(nèi)部流道無(wú)汽蝕損壞現(xiàn)象，詳見(jiàn)圖11，1#水泵葉輪優(yōu)化有效，證明本文通過(guò)空化仿真補(bǔ)充N(xiāo)PSHc法評(píng)判水泵抗汽蝕性能的方法有效。

5 結(jié)論

工程實(shí)踐證明，單純運(yùn)用NPSHc對(duì)水泵抗汽蝕性能進(jìn)行評(píng)判存在局限性，當(dāng)水泵受葉輪幾何結(jié)構(gòu)影響導(dǎo)致水泵性能對(duì)泵內(nèi)空化不敏感時(shí)(即水泵內(nèi)部空化較為嚴(yán)重而水泵性能并不劣化)，運(yùn)用NPSHc評(píng)判水泵抗汽蝕性能會(huì)誤導(dǎo)工程技術(shù)人員。

本文運(yùn)用CFD仿真軟件PumpLinx對(duì)水泵進(jìn)行空化仿真分析，揭示了特定情況下，通過(guò)NPSHc評(píng)判水泵抗汽蝕性能失效的機(jī)理，并針對(duì)此問(wèn)題補(bǔ)充完善了水泵抗汽蝕性能評(píng)價(jià)方法，即在運(yùn)用NPSHc對(duì)水泵抗汽蝕性能評(píng)價(jià)前，首先運(yùn)用仿真軟件分析水泵葉輪入口空空化區(qū)域分布特點(diǎn)，當(dāng)空化區(qū)域不全部位于葉片見(jiàn)間流道喉口之后時(shí)，運(yùn)用NPSHc方法評(píng)價(jià)水泵抗汽蝕性能可信，否則不可信。

[1]關(guān)醒凡. 現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)[M]. 宇航出版社, 1995.[2]水泵的汽蝕損傷專(zhuān)題研究會(huì)成果報(bào)告書(shū)(第2期)，日本透平機(jī)械協(xié)會(huì)，1994年7月.

[3]吳達(dá)人, 國(guó)外離心泵汽蝕研究的現(xiàn)狀[J]. 化工與通用機(jī)械，1980，(04):22-31.

[4]《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫(xiě)組編寫(xiě).離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

[5]全國(guó)內(nèi)燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).內(nèi)燃機(jī)冷卻水泵 第2部分 總成試驗(yàn)方法：JB/T 8126.2—2010[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.