從外形上看，潛水?dāng)嚢杵鞯娜~輪和水泵以及船舶的螺旋槳很是相似，那是因?yàn)闈撍當(dāng)嚢杵鳂~（葉輪）的設(shè)計(jì)確實(shí)是參考了水泵葉輪和船舶的螺旋槳運(yùn)行原理，那么是否說(shuō)明潛水?dāng)嚢杵髟谶\(yùn)行時(shí)的流場(chǎng)特點(diǎn)和它們是一樣的呢？答案是否定的，因?yàn)闈撍當(dāng)嚢杵鞯倪\(yùn)行環(huán)境與水泵和螺旋槳的工作環(huán)境是*不同的。水泵內(nèi)液體被泵腔控制，沿著管路和葉片流道流動(dòng)；螺旋槳?jiǎng)t安裝在船底，在江河大海里運(yùn)行，隨著船體移動(dòng)的，河海面積寬廣，除了水面并無(wú)其他邊界的束縛。而潛水?dāng)嚢杵靼惭b在水池里，自身不移動(dòng)，同時(shí)受到水池池壁邊界的控制，這個(gè)邊界比起泵腔管路要大得多，但比起河海的岸堤要小得多。所以潛水?dāng)嚢杵鬟\(yùn)行時(shí)，其所在水池內(nèi)液體流態(tài)與水泵和螺旋槳具有很多的不同特性。本文將著重分析潛水?dāng)嚢杵鞯纳淞魈攸c(diǎn)。

*，潛水?dāng)嚢杵鞯娜~輪以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，液體從葉輪出口高速射入水池內(nèi)其他液體，屬于射流。這種射流不僅具有軸向速度和徑向速度，還具有一定的切向速度（旋轉(zhuǎn)速度）。旋轉(zhuǎn)速度使徑向、軸向產(chǎn)生壓力梯度并影響到整個(gè)流場(chǎng)，因此射流也稱為旋動(dòng)射流。旋動(dòng)射流是自由射流加旋轉(zhuǎn)的一種復(fù)合流動(dòng)，其流動(dòng)情形較為復(fù)雜，大多處于湍流狀態(tài)。旋動(dòng)射流射出后，在周圍環(huán)境液體內(nèi)擴(kuò)展快，卷吸能力、摻混作用、軸線速度的衰減均比普通射流大。

如果射流進(jìn)入一個(gè)有限的空間，射流運(yùn)動(dòng)會(huì)受到空間邊界的限制，成為非自由射流。潛水?dāng)嚢杵髟谒貎?nèi)運(yùn)行，也就是在一個(gè)有限空間里作業(yè)，液體運(yùn)動(dòng)受到水池壁面與水池池底等固體邊界的限制，所以可以確定旋動(dòng)射流為非自由旋動(dòng)射流。

潛水?dāng)嚢杵魅~輪射出的水體射入水中，因此又屬于淹沒(méi)自由射流。動(dòng)量射流是指射流的出流速度較高，它依靠射出時(shí)的初始動(dòng)量來(lái)維持自身運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)量對(duì)它的流動(dòng)起支配作用。

由數(shù)值模擬速度流場(chǎng)圖，可明顯觀察到潛水?dāng)嚢杵鲾嚢璧囊后w具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1）從潛水?dāng)嚢杵魅~輪射出的液體高速邊界層長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于射流的寬度；

(2）在射流邊界層的任何斷面上，軸向速度遠(yuǎn)大于徑向速度；

(3）射流高速邊界層的邊界可做直線處理；

(4）射流各斷面上的軸向流速與徑向流速具有相似性。

以上幾個(gè)特點(diǎn)與湍流射流的特點(diǎn)基本一致，所以射流也是湍流射流。

由潛水?dāng)嚢杵髟谒貎?nèi)的安裝位置可知，潛水?dāng)嚢杵饕话憧拷孛姘惭b，潛水?dāng)嚢杵鳈C(jī)軸與池底的距離一般等于葉輪直徑加400mm，非對(duì)稱地安裝在窄邊上，一般安裝在3:4的位置上。這樣使得池內(nèi)的液體較好地循環(huán)，池內(nèi)懸浮物才不會(huì)沉淀，化學(xué)反應(yīng)才會(huì)充分進(jìn)行。由于從葉輪射出的射流進(jìn)入到一個(gè)有限空間，且潛水?dāng)嚢杵鞯倪@種非對(duì)稱安裝，導(dǎo)致射流受到固體邊界條件限制，又屬于淹沒(méi)非自由射流。

在水池內(nèi)，從葉輪射出的射流射入水池，在卷吸能力和滲混作用下，帶動(dòng)周圍的液體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與距離較近的側(cè)壁和安裝壁面的對(duì)面壁發(fā)生碰撞，故其流場(chǎng)又具有紊動(dòng)沖擊射流的特點(diǎn)，并具有徑向壁面射流的部分特性。

由以上分析可知，潛水?dāng)嚢杵鞲咚傩D(zhuǎn)攪拌的水池內(nèi)液體流態(tài)很復(fù)雜，其液體屬于淹沒(méi)非自由湍流圓斷面旋動(dòng)射流，徑向壁面射流，并在水池池壁的作用下，又發(fā)生了沖擊射流現(xiàn)象，使整池內(nèi)液體形成循環(huán)，達(dá)到了攪拌要求。

很多業(yè)內(nèi)學(xué)者曾對(duì)圓形、平面紊動(dòng)沖擊射流的流動(dòng)特性進(jìn)行過(guò)研究，如TaniKor-natsu(1964年)、Cola(1965年)、Wolfshtein(1970年)、Donaldson和 Snedeker(1971年）、Bradbury(1972年）、Beltaos和Rajaratnam (1973年）以及Gutmark、Wolfshtein 和Wygnanski (1978年）等。研究結(jié)果表明，沖擊射流可分成三個(gè)明顯的流動(dòng)區(qū)域： 自由射流區(qū)I區(qū)、沖擊區(qū)II區(qū)、壁面射流區(qū)VIII區(qū)。圖1與圖2所示分別為水池內(nèi)垂直于池底和平行于池底的軸向流域內(nèi)液體流動(dòng)示意圖。在潛水?dāng)嚢杵髋c池壁的作用下，水池內(nèi)流域被分為若干區(qū)域，其中，比較明顯且所占面積較大的區(qū)域有以下八個(gè)區(qū)域：自由射流區(qū)；與池壁C沖擊區(qū)；與池底沖擊區(qū)；與池面沖擊區(qū)；池底壁面射流區(qū)；與池壁C徑向壁面射流區(qū)；與池面徑向壁面射流區(qū)。

圖1 垂直于池底的軸向流域內(nèi)液體流動(dòng)示意圖

I．自由射流區(qū)；II．與池壁C沖擊區(qū)；III、IV．與池底沖擊區(qū)；V.與池面沖擊區(qū)；VI．池底壁面射流區(qū)；Ⅶ．與池面、池壁C沖擊的混合過(guò)渡區(qū)；Ⅷ．與池壁C徑向壁面射流區(qū)；Ⅸ．與池面徑向壁面射流區(qū)

圖2 水池內(nèi)平行于池底的軸向流域內(nèi)液體流動(dòng)示意圖

Ⅰ.自由射流區(qū)；II．與池壁C沖擊區(qū)；Ⅲ、Ⅳ．與池底沖擊區(qū)；V．與池面沖擊區(qū)；Ⅵ．池底壁面射流區(qū)；Ⅶ．與池壁b、池壁C沖擊的混合過(guò)渡區(qū)；Ⅷ．與池壁C徑向壁面射流區(qū)；IX．與池面徑向壁面射流區(qū)

圖3（a）所示為水池內(nèi)部液體的三維流線圖，圖3 (b）所示為液體被吸入到葉輪進(jìn)口的液體流線示意圖。潛水?dāng)嚢杵魅~輪附近的液體要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出水池內(nèi)其他位置上的液體，這是由于液體經(jīng)由葉輪獲得較大動(dòng)能后，形成圓形動(dòng)量射流，射流射入池內(nèi)的靜止液體中，由于湍流的脈動(dòng)，卷吸周圍靜止液體進(jìn)入射流，兩者混滲向前運(yùn)動(dòng)，從而增加了射流的流量，也加寬了射流的寬度，降低了射流的速度。水池內(nèi)形成了一條狹長(zhǎng)的水柱，隨著往前推進(jìn)距離的增加，池內(nèi)獲得動(dòng)能的液體越來(lái)越多。葉輪后面的液體*地被葉輪吸入，獲得動(dòng)能，在水池池壁的作用下， 水流與池壁碰撞，又發(fā)生了回流，自此，整池的液體均被帶動(dòng)起來(lái)，在池內(nèi)液體形成了大循環(huán)并充分混合。由圖3可知，池內(nèi)流動(dòng)軸向推進(jìn)，徑向擴(kuò)散，液體循環(huán)明顯，存在多個(gè)較大尺寸的旋渦。

圖3 全流場(chǎng)流線圖與葉輪進(jìn)口液體流線圖