中國報告大廳網(wǎng)訊，城市供水與灌溉網(wǎng)絡加速升級，大型立式離心泵在故障停機瞬間的流動失控常被忽視。最新數(shù)值模擬顯示，泵工況向水輪機工況切換時總熵產(chǎn)飆升至186.56 W/K，葉輪域占比62.3%，成為能量損失最大源頭。2025年行業(yè)將聚焦“瞬態(tài)可靠性”賽道，通過熵產(chǎn)分析優(yōu)化過渡過程，單臺泵年節(jié)電潛力可達1.2萬kWh。

  一、離心泵過渡過程：泵-制動-水輪機-飛逸五工況熵產(chǎn)曲線呈“雙駝峰”

  《2025-2030年中國離心泵行業(yè)重點企業(yè)發(fā)展分析及投資前景可行性評估報告》指出， 故障停機0~4 s內(nèi)，離心泵依次經(jīng)歷水泵、制動、水輪機、水輪機制動及飛逸五區(qū)。無量綱扭矩與流量在0.6 s附近反向交叉，總熵產(chǎn)于n=0時刻攀至186.56 W/K，進入飛逸后回落至34.33 W/K，曲線呈“雙駝峰”形態(tài)，直觀反映流動失穩(wěn)與能量耗散的同步放大。

  二、離心泵熵產(chǎn)分解：湍流耗散占54.68%，壁面剪切僅占9.3%

  停機瞬間黏性熵產(chǎn)率先上揚，隨后湍流熵產(chǎn)成為主角，飛逸穩(wěn)態(tài)時占總熵54.68%;壁面熵產(chǎn)峰值不足總量一成。結果表明，抑制葉輪流道內(nèi)部漩渦、減小沖擊-分離流，比單純降低壁面粗糙度更能削減能量損失。

  三、離心泵葉輪域：高熵產(chǎn)率條帶隨轉速反向向出口遷移

  0~2.355 s內(nèi)，高體積熵產(chǎn)率區(qū)由進口吸力面逐漸擴展至流道中部，最終在飛逸工況形成出口吸力面條狀高耗散帶，平均熵產(chǎn)率較泵工況提升3倍。葉片液流角與安放角極度不匹配是主因，優(yōu)化葉片前緣掠角可望削弱該條帶強度。

  四、離心泵肘型進水管：卡門渦街致局部熵產(chǎn)率驟增

  n=0時刻，肘型管出口近壁出現(xiàn)環(huán)狀高熵產(chǎn)區(qū)，截面流線顯示回流渦與旋轉流體相互作用，誘發(fā)卡門渦街，體積熵產(chǎn)率峰值提升2.1倍。加大過渡段曲率半徑、設置分流墩，可打散渦街并降低約15%的局部熵產(chǎn)。

  五、離心泵壁面熵產(chǎn)：吸力面前緣靠近前蓋板始終為高熱區(qū)

  壁面熵產(chǎn)時歷結果表明，t=0.4 s高值區(qū)集中于吸力面前緣靠近前蓋板;t=0.6 s延伸至葉片中部;飛逸階段進口前后蓋板仍維持高梯度。通過前后蓋板局部削薄、降低曲率突變，可將壁面熵產(chǎn)峰值削減8%。

  六、離心泵最優(yōu)網(wǎng)格：648萬節(jié)點兼顧精度與耗時，誤差<5%

  網(wǎng)格無關性驗證顯示，648萬節(jié)點方案與最密網(wǎng)格揚程差距僅0.18%，計算時間縮短34%。第一層網(wǎng)格y+控制在60以內(nèi)，保障壁面熵產(chǎn)精度;時間步長0.0003 s、最大迭代20步，外特性與試驗誤差<5%，為后續(xù)批量方案篩選奠定算力基礎。

  七、離心泵飛逸驗證：仿真與試驗單位轉速誤差<5%，模型可靠

  離心泵行業(yè)分析指出，飛逸工況對比中，仿真單位轉速與試驗值相對誤差<5%，趨勢一致，證實UDF控制轉速衰減曲線可靠?；谠撃Ｐ烷_展的熵產(chǎn)分析，可直接用于預測不同葉輪切割、導葉數(shù)調(diào)整方案的能量損失變化。

  總結

  2025年離心泵行業(yè)向高可靠性、低能耗升級，熵產(chǎn)理論為“瞬態(tài)性能”提供量化抓手：停機過程能量損失峰值186.56 W/K，葉輪域貢獻62.3%，湍流耗散占54.68%;肘型管卡門渦街與葉片出口吸力面條狀高耗散是兩大可優(yōu)化熱點。通過優(yōu)化葉片前緣掠角、加大肘管曲率半徑及局部壁面削薄，可顯著降低熵產(chǎn)，單臺泵年節(jié)電1.2萬kWh，助力360億美元存量更新市場實現(xiàn)節(jié)能降耗與運行安全雙贏。

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