螺旋離心泵內(nèi)部流場的數(shù)值計算.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。在流動特性上具有賓漢流體特性，在克服其臨界剪切應力后才能像牛頓流體一樣流動，而在流動中纖維之間作用力和纏繞方式較為復雜?，F(xiàn)在許多造紙廠在輸送較長纖維和中高濃度的紙漿時選用螺旋離心泵，但工作效率偏低，在60％左右。近期國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，為了弄清紙漿在螺旋離心泵內(nèi)的流動規(guī)律和驗證設(shè)計泵的工作性能，利用CFD軟件對單葉片螺旋離心泵模型進行數(shù)值模擬計算，并結(jié)合試驗研究數(shù)據(jù)進行對比（試驗介質(zhì)為清水），為改進泵的設(shè)計提供依據(jù)。本文所做的研究工作和獲得的主要結(jié)論有：
　　 簡要介紹了國內(nèi)外對螺旋離心泵的研究現(xiàn)狀，闡述了泵的水力設(shè)計方法，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計參數(shù)設(shè)計葉輪和泵體。運用Pro/ENGINEER Wildfire3.0對設(shè)

3、計的螺旋離心泵進行三維造型，對內(nèi)部流道實體模型進行網(wǎng)格劃分。利用CFD軟件FLUENT，選取RNGк-ε模型，分別對以清水和l0％濃度的紙漿懸浮液為介質(zhì)的固液兩相流進行泵內(nèi)部流動的數(shù)值模擬，并對其內(nèi)部三維流動、壓力和速度分布等結(jié)果進行對比分析。根據(jù)模型設(shè)計圖制作樣機，在試驗臺上進行泵的能量性能實驗，將數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進行對比分析。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，引起流動紊亂，從小流量到大流量，旋渦有移動，一部分在蝸殼斷面上移動，另一部分從蝸殼向葉輪輪轂上移動。兩種不同介質(zhì)時，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，從葉片背面流出時在蝸殼內(nèi)流動情況跟單相清水時不同。小流量下，輸送紙漿時在泵出口位置出現(xiàn)大的旋渦，隨流量增加，旋渦消失：輸送清水時泵出口位置沒有旋渦。相同流量下，在泵出口段，輸送紙漿時液流的旋轉(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)計工況下，由模擬結(jié)果計算得預測揚程和效率均高于規(guī)定值，單相清水時預測揚程比規(guī)定值高13.41％，紙漿時高出5.75％；單相清水時預測效率高出3.25％，紙漿時高出5.43％。試驗揚程低于清水預測值1.99％，高于紙漿預測值4.89％；經(jīng)預測計算的效率高于試驗值：單相清水時為68.25％，紙漿時為70.43％，試驗值為66.03％。樣機試驗效率高出規(guī)定值1個百分點以上。本文為螺旋離心泵的優(yōu)化設(shè)計提供了理論和實驗依據(jù)，具有實