【摘要】：基于Navier-Stokes方程和Eulerian-Lagrangian多相流模型,對一泵站離心泵固液兩相流進行了雙向流固耦合數(shù)值模擬,引入相關(guān)經(jīng)驗公式對離散固相動量方程進行修正,同時采用Alhert模型結(jié)合Mclaury磨損實驗結(jié)果對過流部件的磨損計算方法進行了定義,并分析了各流量工況不同固相體積濃度下的流場特性和離心泵外特性變化規(guī)律。數(shù)值模擬計算結(jié)果表明:固相體積濃度對流場壓力分布和流場流線有著顯著的影響,伴隨著固相體積濃度的增大葉輪葉片正背面平均壓力均有著不同幅度的上升,而葉片前后壓差卻逐漸縮小,同時由于固相泥沙顆粒的存在對流場的紊動起到了抑制作用,一定程度上削弱了葉輪流道二次流動的強度,因此在個別工況下甚至出現(xiàn)了效率上升的情況;在小流量非設(shè)計工況下運行時,由于葉輪進口前水體發(fā)生預(yù)旋導(dǎo)致固相顆粒在離心力作用下與邊壁發(fā)生撞擊和切削,進而誘發(fā)了離心泵葉輪的口環(huán)磨損;固相體積濃度的遞增將增大過流部件表面固相體積分數(shù)的分布,從而加劇過流部件的磨損程度。
【圖文】：

方法1.1計算模型本次計算時采用的實際離心泵，其主要設(shè)計參數(shù)如下：體積流量為0.6m3/s，揚程為40m，轉(zhuǎn)速為540r/min，比轉(zhuǎn)速ns=95.98。葉輪主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。表1葉輪主要幾何參數(shù)Table1Maingeometricparametersofimpellers進口直徑D/mm出口直徑D/mm出口寬度b/mm軸徑D/mm葉片數(shù)Z4501000708071.2網(wǎng)格劃分及無關(guān)解驗證本文采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)將離心泵計算流場劃分為4個區(qū)域（安裝水流來流方向的先后順序）：引水管道、葉輪、壓水室、出口延伸段。其中葉輪與壓水室交界區(qū)域網(wǎng)格如圖1所示。經(jīng)網(wǎng)格質(zhì)量檢測確保計算域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格角度≥22.5，網(wǎng)格質(zhì)量≥0.35。同時為了確保計算結(jié)果的可靠性，，本文基于SST湍流計算模型在不同計算域網(wǎng)格數(shù)下，對清水條件下設(shè)計工況進行了數(shù)值計算。并比較了離心泵揚程隨著網(wǎng)格數(shù)量增加的變化規(guī)律，最終確定數(shù)值模擬計算使用的網(wǎng)格數(shù)量約為7.72×106，如圖2所示。圖1葉輪與壓水室交界區(qū)域網(wǎng)格Fig.1Gridofimpellerandchamber

量方程結(jié)合Finnie磨損模型計算所得的葉輪葉片磨損情況。通過對各工況的計算結(jié)果分析可知Alhert模型能夠很好地預(yù)測葉輪葉片的磨損分布及磨損程度情況，在葉片壓力面前者模型能預(yù)測磨損部位基本囊括了后者預(yù)測所得的磨損分布情況；在吸力面?zhèn)入m然Alhert模型的預(yù)測結(jié)果與Finnie模型有較大的出入，但前者預(yù)測所得的葉片吸力面磨損部位主要集中在葉片后部靠近出水邊區(qū)域，這與實際工程和實驗情況中離心泵葉輪磨損部位更為貼合[22]，因此本文選用改進的動量方程結(jié)合Alhert磨損模型對固液兩相流離心泵磨損進行預(yù)測。圖3展示了兩種磨損模型對固相體積濃度Cv=0.0253設(shè)計流量Qr工況離心泵葉輪葉片吸力面磨損情況的預(yù)測結(jié)果。其中Alhert磨損模型計算結(jié)果為磨損部件磨損速率，單位為nm/s，F(xiàn)innie磨損模型計算部件磨損結(jié)果單位為無量綱參量。（a）Alhert磨損模型（b）Finnie磨損模型圖3葉輪葉片吸力面磨損情況Fig.3Wearonthesuctionsurfaceofanimpellerblade3.3固相體積濃度對外特性的影響圖4定量分析了不同固相體積濃度下離心泵外特性變化規(guī)律，其中Cv=0為清水工況。0.30.40.50.60.70.80.9283236404448Hm/Q/(m3/s)Cv=0Cv=0.0063Cv=0.0253Cv=0.0402（a）流量-揚程曲線
【作者單位】： 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51679196;51179152)
【分類號】：TH311

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本文編號：2548401