基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流動(dòng)特性研究.pdf

1、螺旋離心泵是一種將螺旋泵和離心泵的優(yōu)點(diǎn)融為一體的新型雜質(zhì)泵，其主要結(jié)構(gòu)是螺旋離心葉輪，入口部分為螺旋葉片，出口部分類似為混流式葉片，葉輪螺旋段有近似容積泵的作用，離心段將在葉輪中獲得能量的輸送介質(zhì)送入蝸殼，使其能量轉(zhuǎn)化為壓力能，螺旋離心泵是一種具有極好地?zé)o堵塞、無(wú)纏繞與損傷少的雜質(zhì)泵。
　　通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)原理，基于顆粒軌道模型，從研究螺旋離心泵輸送固液兩相流時(shí)內(nèi)部流動(dòng)特性的角度出發(fā)，分析了固液兩相流中固相顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，輸送固

2、相顆粒不同屬性和固相體積分?jǐn)?shù)下固相顆粒的能量變化趨勢(shì)、過(guò)流部件上發(fā)生磨損的部位、磨損形式和螺旋離心泵性能的變化規(guī)律，主要內(nèi)容包括:
　　一方面，從理論上分析了螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)區(qū)域中流體的流動(dòng)狀況，應(yīng)用連續(xù)相方程和固相顆粒控制方程，在基本假設(shè)下將流體在葉輪中的流動(dòng)和固相顆粒在連續(xù)相介質(zhì)的挾帶作用下的受力狀況進(jìn)行分析，并討論了顆粒軌道模型的適用范圍及可行性分析，為數(shù)值模擬來(lái)研究螺旋離心泵輸送固液兩相流介質(zhì)時(shí)的流動(dòng)特性和性能變化提供理

3、論基礎(chǔ)。
　　另一方面，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，在清水工況下分析了內(nèi)流場(chǎng)的速度分布、壓力分布以及不同截面上的面流線分布，并對(duì)外特性的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，在輸送固液兩相流工況下，分析了固相顆粒在計(jì)算域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、過(guò)流部件表面的固相質(zhì)量濃度和不同固相體積分?jǐn)?shù)對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨損和對(duì)外特性的影響，由此得出了基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內(nèi)輸送固液兩相流體介質(zhì)時(shí)的流動(dòng)特性以及與其優(yōu)越的抗堵塞特性和抗磨損特性等之間的內(nèi)在聯(lián)系。

4、　　通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算，對(duì)螺旋離心泵整個(gè)流動(dòng)區(qū)域的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了定性以及定量的對(duì)比分析，獲得主要結(jié)論如下:
　　1、葉輪的主要做功區(qū)域?yàn)槁菪?，?jì)算域內(nèi)有回流和二次流存在，小流量工況下的液體流態(tài)相對(duì)不穩(wěn)，產(chǎn)生二次流和撞擊流的部位較多，水力損失較大;
　　2、固相顆粒屬性和入射位置的變化對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨損方式和磨損程度各異，運(yùn)動(dòng)軌跡也受其影響，顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的變化與其對(duì)液相流動(dòng)干擾呈正比;
　　3、相

5、同固相體積分?jǐn)?shù)下，在輸送d=0.05mm和d=0.2mm的極微顆粒和細(xì)小沙粒時(shí)，進(jìn)口段顆粒速度變化波動(dòng)較大，進(jìn)入葉輪域后，液相對(duì)較大粒徑固相顆粒的挾帶能力變小，相對(duì)阻滯作用越明顯，從而產(chǎn)生速度滑移，固相顆粒不會(huì)和液相一起移動(dòng)以致其軌跡改變，造成流動(dòng)無(wú)序;
　　4、固相顆粒以一定速度進(jìn)入葉輪后，會(huì)與葉輪頭部發(fā)生沖擊，造成該區(qū)域固相質(zhì)量濃度分布較集中，并以沖蝕磨損為主，隨葉片包角增大，對(duì)葉輪的磨損部位更靠近出口輪緣附近，其磨損形式主要

6、以磨粒磨損為主;
　　5、粒徑和固相體積分?jǐn)?shù)的增加，致使液相對(duì)固相顆粒的挾帶能力減弱，重力作用下發(fā)生的固相沉降等因素導(dǎo)致的泵揚(yáng)程和效率下降會(huì)被考慮，并且存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)的粒徑和固相體積分?jǐn)?shù)范圍，使輸送固相顆粒時(shí)螺旋離心泵輸送能力有所提高。
　　本文對(duì)螺旋離心泵固液兩相流的研究具備一定創(chuàng)新性:
　　1、在數(shù)值計(jì)算方法上，提出采用基于Euler-Lagrange坐標(biāo)的顆粒軌道模型，在Euler坐標(biāo)系下考察連續(xù)相流體的運(yùn)動(dòng)，在L