【摘要】：水力機(jī)械內(nèi)動(dòng)靜葉柵的相互干涉是誘發(fā)水力機(jī)械振動(dòng)、噪聲以及低效的主要原因。當(dāng)水力機(jī)械內(nèi)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)為含沙水時(shí),顆粒的存在使得水力機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、增大了動(dòng)靜葉柵內(nèi)的磨損、降低了流體所具有的能量。因此,研究固液兩相流體在動(dòng)靜葉柵內(nèi)的流動(dòng)特性,可以為固液兩相流水力機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。Stokes數(shù)是一個(gè)包含顆粒密度、粒徑,流體的特征速度、特征長(zhǎng)度以及流體粘度的綜合無(wú)量綱參數(shù)。本文用它來(lái)界定顆粒與擬序結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制。基于大渦模擬與Mixture模型,以設(shè)計(jì)參數(shù)揚(yáng)程為29.3m,流量為45.7m3/h的導(dǎo)葉式離心泵為研究對(duì)象。對(duì)不同顆粒密度分別為ρd=950kg/m3、ρd=1650kg/m3、ρd=2650kg/m3以及不同顆粒粒徑d=0.016mm、d=0.026mm、d=0.036mm情況下的固液兩相非定常流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。得出以下結(jié)論:1.隨著顆粒密度的增大,模型泵揚(yáng)程和效率出現(xiàn)了小范圍的增加。在不同顆粒密度下,葉輪內(nèi)壓力值沿著進(jìn)口到出口逐漸增大,呈階梯式分布,符合離心泵做功規(guī)律。葉輪進(jìn)口吸力面?zhèn)瘸霈F(xiàn)負(fù)壓區(qū),壓力值隨著顆粒密度的增大而減小。在設(shè)計(jì)工況下,動(dòng)靜葉柵大部分流道內(nèi)的流動(dòng)比較順暢。隨著顆粒密度的增大,流道內(nèi)漩渦的個(gè)數(shù)增多,流動(dòng)的不穩(wěn)定性增強(qiáng)。顆粒密度越大,葉片壓力面進(jìn)口固相體積濃度逐漸降低,而吸力面進(jìn)口固相體積濃度保持不變且為初始固相濃度值。2.當(dāng)顆粒密度改變引起的St數(shù)均遠(yuǎn)小于1時(shí),不同St數(shù)下顆粒在流場(chǎng)中的彌散機(jī)制相同,均表現(xiàn)為大渦在顆粒的彌散中起主導(dǎo)作用。3.葉輪出口和導(dǎo)葉中部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)以高頻脈動(dòng)為主,導(dǎo)葉出口以及蝸殼監(jiān)測(cè)點(diǎn)和蝸舌處以低頻脈動(dòng)為主。隨著顆粒密度的增大,動(dòng)靜葉柵內(nèi)的壓力脈動(dòng)特性增強(qiáng)。動(dòng)葉的強(qiáng)剪切和較大逆壓梯度作用是動(dòng)靜葉柵內(nèi)渦流產(chǎn)生和演化的主要因素。顆粒密度的增大使流道內(nèi)高能量漩渦個(gè)數(shù)增多,增加了流道內(nèi)流動(dòng)的復(fù)雜性并且顆粒密度的增大延緩了漩渦融合、分裂的過(guò)程。4.揚(yáng)程和效率隨著顆粒粒徑的增大而減小。在不同顆粒粒徑下,葉輪內(nèi)壓力值沿著進(jìn)口到出口逐漸增大,相同位置處導(dǎo)葉內(nèi)的壓力值隨著顆粒粒徑的增大而減小。顆粒粒徑增大時(shí),進(jìn)口固相體積分?jǐn)?shù)越大,固體顆粒大部分聚集在葉輪進(jìn)口以及動(dòng)葉壓力面。隨著顆粒粒徑的增大,葉片壁面相同位置處的顆粒體積分?jǐn)?shù)增大。5.當(dāng)顆粒粒徑改變引起的St數(shù)均遠(yuǎn)小于1時(shí),St數(shù)的改變不改變大渦在顆粒的彌散中起主導(dǎo)作用的顆粒在流場(chǎng)中的彌散機(jī)制,與顆粒密度變化的研究情況一致。6.渦量的產(chǎn)生以及分布情況與不同顆粒密度下的情況一致。粒徑的改變沒(méi)有對(duì)渦的分布范圍,能量大小以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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