螺旋離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算.pdf

1、螺旋離心泵是一種以輸送含有顆粒、易纏結(jié)固體物等兩相流介質(zhì)為主的雜質(zhì)泵，葉輪是三元螺旋式，葉片數(shù)少，由于葉輪結(jié)構(gòu)特殊，其內(nèi)部流動(dòng)與一般離心泵有很大差別。紙漿是一種主要由纖維和水構(gòu)成的混合物。在流動(dòng)特性上具有賓漢流體特性，在克服其臨界剪切應(yīng)力后才能像牛頓流體一樣流動(dòng)，而在流動(dòng)中纖維之間作用力和纏繞方式較為復(fù)雜。現(xiàn)在許多造紙廠在輸送較長(zhǎng)纖維和中高濃度的紙漿時(shí)選用螺旋離心泵，但工作效率偏低，在60％左右。近期國(guó)家提倡紙漿的中濃度輸送，以節(jié)約用水

2、。紙漿是非透明流體，不能用可視化方法觀測(cè)，為了弄清紙漿在螺旋離心泵內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律和驗(yàn)證設(shè)計(jì)泵的工作性能，利用CFD軟件對(duì)單葉片螺旋離心泵模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，并結(jié)合試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（試驗(yàn)介質(zhì)為清水），為改進(jìn)泵的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文所做的研究工作和獲得的主要結(jié)論有：
　　 簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)螺旋離心泵的研究現(xiàn)狀，闡述了泵的水力設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)葉輪和泵體。運(yùn)用Pro/ENGINEER Wildfire3.0對(duì)設(shè)

3、計(jì)的螺旋離心泵進(jìn)行三維造型，對(duì)內(nèi)部流道實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。利用CFD軟件FLUENT，選取RNGк-ε模型，分別對(duì)以清水和l0％濃度的紙漿懸浮液為介質(zhì)的固液兩相流進(jìn)行泵內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬，并對(duì)其內(nèi)部三維流動(dòng)、壓力和速度分布等結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)模型設(shè)計(jì)圖制作樣機(jī)，在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行泵的能量性能實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果如下：在兩種不同介質(zhì)條件下，泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律相近，葉輪表面壓力和速度變化比較均勻，數(shù)值大小有差異；蝸殼和葉輪

4、內(nèi)產(chǎn)生了旋渦和旋轉(zhuǎn)流，引起流動(dòng)紊亂，從小流量到大流量，旋渦有移動(dòng)，一部分在蝸殼斷面上移動(dòng)，另一部分從蝸殼向葉輪輪轂上移動(dòng)。兩種不同介質(zhì)時(shí)，旋渦產(chǎn)生位置不同。其主要原因是紙漿中的纖維顆粒主要集中在輪緣上，從葉片背面流出時(shí)在蝸殼內(nèi)流動(dòng)情況跟單相清水時(shí)不同。小流量下，輸送紙漿時(shí)在泵出口位置出現(xiàn)大的旋渦，隨流量增加，旋渦消失：輸送清水時(shí)泵出口位置沒(méi)有旋渦。相同流量下，在泵出口段，輸送紙漿時(shí)液流的旋轉(zhuǎn)程度減小。這主要是由于紙漿中的纖維顆粒降低了液

5、流的湍流程度。設(shè)計(jì)工況下，由模擬結(jié)果計(jì)算得預(yù)測(cè)揚(yáng)程和效率均高于規(guī)定值，單相清水時(shí)預(yù)測(cè)揚(yáng)程比規(guī)定值高13.41％，紙漿時(shí)高出5.75％；單相清水時(shí)預(yù)測(cè)效率高出3.25％，紙漿時(shí)高出5.43％。試驗(yàn)揚(yáng)程低于清水預(yù)測(cè)值1.99％，高于紙漿預(yù)測(cè)值4.89％；經(jīng)預(yù)測(cè)計(jì)算的效率高于試驗(yàn)值：?jiǎn)蜗嗲逅畷r(shí)為68.25％，紙漿時(shí)為70.43％，試驗(yàn)值為66.03％。樣機(jī)試驗(yàn)效率高出規(guī)定值1個(gè)百分點(diǎn)以上。本文為螺旋離心泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有實(shí)