東莞南方泵業(yè)在分析離心葉輪通道內(nèi)流動基本是由相對較小的尾流區(qū)和近似于無粘性的射流區(qū)組成，考慮到真實流體的粘性作用，在南方水泵的B-B通道上的工作面和非工作面都形成了邊界層，在葉片曲率以及旋轉的作用下，由于二次流的影響，非工作面上的邊界層越來越厚，還容易在某一小流量下發(fā)生失速現(xiàn)象，從而導致邊界層分離。廣東南方泵業(yè)對流線曲率和旋轉對邊界層穩(wěn)定性的影響做了詳細剖析：

1．流線曲率對邊界層的影響，假設有一流體微團在流動中受到擾動時，有一個凈恢復力能使它返回原來的流線位置，就稱這種流動是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。繞葉輪工作面上邊界層內(nèi)的流動，在層1處的微團是平衡狀態(tài)，即其壓力梯度與離心力是平衡的，則：

∂p/∂y=ρ u²/(R+y)

式中R——工作面的曲率半徑（mm）

U——圓周速度（m/s）

當工作面上邊界層內(nèi)的層1流體為微團受擾動離開層1位置到層2位置時，由于其仍保持層1的平均速度，而層2 的壓力梯度比層1的壓力梯度高，因此就產(chǎn)生一個起穩(wěn)定作用的恢復力，即曲率對南方水泵內(nèi)葉輪流道表面的邊界層是穩(wěn)定的。同樣的方法可得出曲率對非工作面的邊界層是不穩(wěn)定的，即邊界層內(nèi)微團之間存在湍流量的交換。引入一個Richardson數(shù)說明曲率對邊界層的影響，即

Ric=2U/R / ∂u/ ∂y

式中 u——流體微團的平均速度（m/s）。

對凸表面R＞0，而對凹表面R＜0，當Ric＞0時，曲率對邊界層的效應是促進穩(wěn)定，而Ric＜0時曲率將起降低穩(wěn)定的作用。

2．旋轉對邊界層的影響

東莞南方泵業(yè)考慮如圖2所示的邊界層內(nèi)處于平衡位置層1的流體微團，其哥氏力與壓力梯度相等，即

1/ρ* ∂ρ*/ ∂y=2ρuw

假設層1的流體為微團受擾動離開層1位置達到層2位置，由于層2的壓力梯度比層1 的壓力梯度大，而原層的平均速度保持不變，因此該微團在層2位置處將失去平衡，即旋轉對葉輪工作面上的邊界層起降低穩(wěn)定作用，而對非工作面的邊界層其穩(wěn)定作用。

3．曲率和旋轉對葉輪流道邊界層的綜合效應及流動分離

廣東南方泵業(yè)對于后彎型的離心葉輪，其通道上的邊界層同時受到曲率和旋轉的影響，引入一個綜合反應曲率和旋轉的Ricardson數(shù)Ri，即：

Ri=Ric+RiΩ=2(u/R-w) ∂u/∂y

南方水泵廠系列的低比轉速高速誘導輪離心泵流量小而揚程高，葉輪流道里液流的相對速度與旋轉角速度的比值數(shù)量級較小。因此對工作面上的邊界層而言，Ri＜0；而對非工作面上的邊界層，Ri＞0,。即工作面上的邊界層是不穩(wěn)定的，而非工作面上的邊界層是穩(wěn)定的。由于受到葉輪流道內(nèi)的二次流的影響，工作面不穩(wěn)定邊界層力的低能微團就會通過前、后蓋板進入非工作面上的邊界層，致使非工作面的邊界層越來越厚，而工作面上的邊界層則很薄，邊界層力的液流速度較低，而邊界層外主流的液流速度較高，這樣就形成了圖中所示的尾流-射流結構。

假設南方水泵在低于設計流量的某一小流量下工作，由于葉輪流道的液流受到的葉片的加功作用不一樣，靠近工作面的液流受到葉片的加功作用強而靠近非工作面的液流受到葉片的加功作用弱，這樣就很容易使某一流道的葉片非工作面的邊界層分離，即液流反向流動。由于分離區(qū)內(nèi)的液流速度大大低于主流區(qū)內(nèi)的液流速度，因而這種分離就對通道內(nèi)的液流起到阻塞作用，使來溜的一部分順著旋轉方向進入下一流道，致使該流道的液流正沖角減小，該流道的非工作面邊界層分離減弱。而另一部分液流則逆著旋轉方向進入下一流道，致使該流道的液流角增大，又促使該流道非工作面上的邊界層產(chǎn)生分離，這樣失速區(qū)就沿著葉輪旋轉的相反方向傳播下去。當流道內(nèi)產(chǎn)生邊界層分離時，就在分離區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生較強的湍流和旋渦，流動損失很大，使東莞南方泵業(yè)泵的揚程和效率下降，并且由于失速區(qū)的不斷發(fā)生，發(fā)展和減弱，促使南方離心泵的出口壓力產(chǎn)生脈動，即發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。

4．葉輪出口二次流

南方水泵廠試驗中發(fā)現(xiàn)，葉輪出口二次流實際上是葉輪出口液流不均勻流動與處于湍流流動狀態(tài)的蝸殼聯(lián)合作用時出現(xiàn)的，如圖3，對于低比轉速高速誘導離心泵而言，流出離心輪的液流速度很高，這樣液流就在蝸殼力的流動機泵處于阻力平房區(qū)的湍流狀態(tài)。由圖中可知，由于高速離心泵離心輪出口的尾流-射流結構，使得離心輪出口液流相對速度沿寬度方向存在著較大的梯度。即一部分液流以很大的相對速度流出葉輪，而另一部分液流又以很小的相對速度離開葉輪。如離心輪道內(nèi)產(chǎn)生流動分離，另一部分液流則以負的相對速度離開葉輪。這樣一部分液流的絕對速度圓周分速度c2u較大，超過蝸殼內(nèi)平均速度vth，因此它以高能量撞擊蝸殼里的液流，使蝸殼里的液流重新獲得一部分能量，而另一部分的液流的c2u較小，低于vth，因此又被壓回葉輪中去重新獲得能量，這就形成了葉輪與蝸殼聯(lián)合作用時的二次流動。實際上這種二次流動可增大揚程，但是由于二次流動時靠液流撞擊而獲得能量的，因此也帶來很大的水力損失，葉輪里的尾流-射流結構越強，那么這種射流與尾流在蝸殼里的撞擊及擾動所造成的損失就越大，致使廣東南方泵業(yè)系列的高速離心泵效率下降。

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