發(fā)布時間：2017-08-03 17:26

  本文關鍵詞：挖泥船泥泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬研究

  更多相關文章： 泥泵 數(shù)值模擬 內(nèi)部流場 不平整度 外特性

【摘要】：離心式泥泵是絞吸式挖泥船泥漿輸運系統(tǒng)最為關鍵的部件。關于離心泵內(nèi)部流場的數(shù)值模擬研究，國內(nèi)外學者主要研究了諸如葉片數(shù)目、葉片出口角度、葉片出口寬度等參數(shù)對離心泵內(nèi)部流場的影響。以上研究主要側(cè)重于提高泵的設計水平，但對于離心泵制造和運行過程中存在的問題，關注則不多。挖泥船泥泵鑄造后內(nèi)壁非光滑，且在運行一段時間后蝸殼和葉輪會發(fā)生磨損，導致疏浚效率下降。目前已有學者研究了蝸殼內(nèi)壁粗糙度對離心泵性能的影響，但沒有關于宏觀上的不平整度對離心泵性能的研究。本文針對以上問題，對JF212-45-90艙內(nèi)泥泵內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬研究，分析泥泵在磨損前后輸送清水與固液兩相流時的內(nèi)部流動特征及外特性。 本文使用PRO/E對泥泵的全流道進行三維造型，然后用Gambit進行網(wǎng)格劃分，，最后將網(wǎng)格文件導入到Fluent中進行數(shù)值模擬。計算時選用了RNG k-ε湍流模型,SIMPLE算法及一階迎風格式等相應參數(shù)，在0.8Qopt、1.0Qopt及1.2Qopt三種工況下進行了清水流場的數(shù)值計算與分析。在清水流場計算的基礎上，再在0.2Qopt、0.4Qopt、0.6Qopt、0.8Qopt、Qopt、1.1Qopt、1.2Qopt、1.3Qopt、1.4Qopt九個工況下，進行固液兩相流場的數(shù)值模擬。最后，在假設蝸殼內(nèi)壁磨損的情況下，對磨損后的泵進行了以上9種工況的固液兩相流模擬。 本文對以上模擬結(jié)果進行了分析。對于清水流場，分析了葉輪、蝸殼內(nèi)部速度及壓力的分布，發(fā)現(xiàn)葉輪內(nèi)部速度與壓力存在軸向不對稱性，流體的絕對速度和總壓沿著葉輪徑向不斷增大，在靠近隔舌的葉輪出口位置與蝸殼之間出現(xiàn)了回流，并在相應的位置引發(fā)了一定尺度的漩渦。小流量工況時在葉片頭部的工作面?zhèn)燃叭~輪進口拐彎點負壓區(qū)域容易發(fā)生氣蝕。蝸殼內(nèi)部的速度與壓力分布則比較均勻，起到良好的擴壓作用。當泥泵輸送固液兩相流時，固相參數(shù)對其自身的分布具有重要影響。葉輪中心截面出口邊緣的平均絕度速度和總壓分布具有周期性波動特點，總壓和絕對速度在葉片邊緣位置達到極大值。在靠近蝸殼隔舌處，總壓和絕對速度有一個最小值。隨著固相顆粒體積濃度、粒徑的增加，葉輪出口中心截面總壓及絕對速度呈下降趨勢。而隨著密度的增加，葉輪出口中心截面總壓呈上升趨勢。對于蝸殼內(nèi)壁發(fā)生磨損的泵，用球冠體作為凹坑的物理模型，研究發(fā)現(xiàn)設計流量工況下當球冠體的R值為82mm時泥泵的揚程下降了10m。在不同流量工況下，磨損泵的揚程、效率和功率都有所降低。
【關鍵詞】：泥泵 數(shù)值模擬 內(nèi)部流場 不平整度 外特性
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.31
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外離心泵數(shù)值模擬研究11-15
• 1.3 本文的研究目的及意義15-16
• 1.4 本文的研究內(nèi)容16-17
• 第2章 計算流體力學（CFD）模擬理論17-29
• 2.1 引言17-18
• 2.2 控制方程18-24
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程19
• 2.2.2 動量守恒方程19-20
• 2.2.3 能量守恒方程20
• 2.2.4 湍流模型20-24
• 2.3 多相流模型24-26
• 2.3.1 離散相模型24-25
• 2.3.2 多流體模型25-26
• 2.4 邊界條件26-27
• 2.5 離散方法與格式27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第3章 數(shù)值模擬方案的選擇29-55
• 3.1 泥泵的設計參數(shù)29
• 3.2 計算域的組成及實體造型29-32
• 3.2.1 蝸室實體造型30-31
• 3.2.2 葉輪實體造型31-32
• 3.2.3 全流道造型32
• 3.3 網(wǎng)格劃分32-35
• 3.4 控制方程和邊界條件的選擇35-37
• 3.4.1 進口邊界條件35-36
• 3.4.2 出口邊界條件36
• 3.4.3 壁面邊界條件36
• 3.4.4 計算結(jié)果收斂性的判定36-37
• 3.5 清水流場的數(shù)值模擬37-54
• 3.5.1 計算模擬步驟38-42
• 3.5.2 清水流場計算結(jié)果分析42-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 泥泵內(nèi)液固兩相流的數(shù)值模擬55-72
• 4.1 引言55
• 4.2 模擬方案55-56
• 4.3 模擬結(jié)果分析56-66
• 4.3.1 固相顆粒性質(zhì)對泵內(nèi)流場的影響56-63
• 4.3.2 固相顆粒性質(zhì)對其分布的影響63-66
• 4.4 挖泥船泥泵的外特性研究66-71
• 4.4.1 泵外特性參數(shù)的計算66-68
• 4.4.2 泥泵輸送清水及兩相流時的外特性研究68-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 第5章 蝸殼內(nèi)壁不平整度對泵性能影響72-80
• 5.1 引言72-73
• 5.2 磨損凹坑的物理模型及泵三維模型的建立73-75
• 5.3 研究方案75-76
• 5.4 計算結(jié)果分析76-79
• 5.4.1 外特性對比分析76-77
• 5.4.2 內(nèi)部流場分析77-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 第6章 總結(jié)與展望80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-85

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王企鯤,戴韌,陳康民;蝸殼進口周向非均勻流動的數(shù)值研究[J];工程熱物理學報;2003年02期

2 楊華,谷傳綱,王彤;時間推進法求解離心泵內(nèi)部不可壓流場[J];工程熱物理學報;2005年01期

3 張安書;1750m~3/h絞吸挖泥船動力系統(tǒng)優(yōu)化設計[J];船舶設計通訊;1997年01期

4 唐亞雄;;泥泵流動特性與磨損[J];武漢水運工程學院學報;1986年04期

5 耿少娟;聶超群;黃偉光;馮濤;劉克;;不同葉輪形式下離心泵整機非定常流場的數(shù)值研究[J];機械工程學報;2006年05期

6 沈宗沼;;國內(nèi)液固兩相流泵的設計研究綜述[J];流體機械;2006年03期

7 王秀勇;王燦星;;基于數(shù)值模擬的離心泵性能預測[J];流體機械;2007年10期

8 趙斌娟,王澤;離心泵葉輪內(nèi)流數(shù)值模擬的現(xiàn)狀和展望[J];農(nóng)機化研究;2002年03期

9 李龍,王澤;粗糙度對軸流泵性能影響的數(shù)值模擬研究[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2004年01期

10 錢健,劉超,湯方平,成立;離心泵葉輪內(nèi)部三維紊流數(shù)值模擬與驗證[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2005年01期

本文編號：615511