本文關鍵詞：基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流動特性研究

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【摘要】：螺旋離心泵是一種將螺旋泵和離心泵的優(yōu)點融為一體的新型雜質(zhì)泵,其主要結構是螺旋離心葉輪,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無堵塞、無纏繞與損傷少的雜質(zhì)泵。 通過計算流體動力學原理,基于顆粒軌道模型,從研究螺旋離心泵輸送固液兩相流時內(nèi)部流動特性的角度出發(fā),分析了固液兩相流中固相顆粒的運動軌跡,輸送固相顆粒不同屬性和固相體積分數(shù)下固相顆粒的能量變化趨勢、過流部件上發(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)部流動區(qū)域中流體的流動狀況,應用連續(xù)相方程和固相顆�？刂品匠�,在基本假設下將流體在葉輪中的流動和固相顆粒在連續(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)值模擬來研究螺旋離心泵輸送固液兩相流介質(zhì)時的流動特性和性能變化提供理論基礎。 另一方面,通過數(shù)值計算,在清水工況下分析了內(nèi)流場的速度分布、壓力分布以及不同截面上的面流線分布,并對外特性的計算結果和實驗結果進行了對比,在輸送固液兩相流工況下,分析了固相顆粒在計算域內(nèi)的運動軌跡、過流部件表面的固相質(zhì)量濃度和不同固相體積分數(shù)對螺旋離心泵過流部件的磨損和對外特性的影響,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)時的流動特性以及與其優(yōu)越的抗堵塞特性和抗磨損特性等之間的內(nèi)在聯(lián)系。 通過理論分析和數(shù)值計算,對螺旋離心泵整個流動區(qū)域的數(shù)值計算結果進行了定性以及定量的對比分析,獲得主要結論如下 1、葉輪的主要做功區(qū)域為螺旋段,計算域內(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螺旋離心泵過流部件的磨損方式和磨損程度各異,運動軌跡也受其影響,顆粒粒徑和體積分數(shù)的變化與其對液相流動干擾呈正比； 3、相同固相體積分數(shù)下,在輸送d=0.05mm和d=0.2mm的極微顆粒和細小沙粒時,進口段顆粒速度變化波動較大,進入葉輪域后,液相對較大粒徑固相顆粒的挾帶能力變小,相對阻滯作用越明顯,從而產(chǎn)生速度滑移,固相顆粒不會和液相一起移動以致其軌跡改變,造成流動無序； 4、固相顆粒以一定速度進入葉輪后,會與葉輪頭部發(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,對葉輪的磨損部位更靠近出口輪緣附近,其磨損形式主要以磨粒磨損為主； 5、粒徑和固相體積分數(shù)的增加,致使液相對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致的泵揚程和效率下降會被考慮,并且存在一個經(jīng)濟的粒徑和固相體積分數(shù)范圍,使輸送固相顆粒時螺旋離心泵輸送能力有所提高。 本文對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)值計算方法上,提出采用基于Euler-Lagrange坐標的顆粒軌道模型,在Euler坐標系下考察連續(xù)相流體的運動,在Lagrange坐標系下考察離散相顆粒的運動,對螺旋離心泵內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬； 2、在對計算結果的分析角度上,通過研究固相顆粒在螺旋離心泵內(nèi)部流道內(nèi)的運動軌跡和過流部件上固相體積濃度的分布規(guī)律,對固相顆粒的運動規(guī)律和過流部件的磨損部位進行預測,并將整個流道沿軸向劃分為三個部分,對顆粒軌跡與相對應位置的能量變化進行定量分析,對于螺旋離心泵性能的提高、過流部件的磨損規(guī)律以及葉片優(yōu)化設計理論的完善具有很好的指導意義。
【關鍵詞】：螺旋離心泵 顆粒軌道模型 固液兩相流 數(shù)值模擬 磨損
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題來源及名稱12
• 1.1.1 課題來源12
• 1.1.2 課題名稱12
• 1.2 課題研究背景及意義12
• 1.3 螺旋離心泵的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 螺旋離心泵簡介12-13
• 1.3.2 螺旋離心泵的設計研究13-14
• 1.3.3 螺旋離心泵的內(nèi)部流場研究14
• 1.4 固液兩相流的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4.1 國外離心泵內(nèi)固液兩相流的相關研究15
• 1.4.2 國內(nèi)離心泵內(nèi)固液兩相流的相關研究15-16
• 1.5 螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流動特性的研究16-17
• 1.6 基于顆粒軌道模型的固液兩相流動特性研究17
• 1.7 離心泵內(nèi)部流道磨損規(guī)律的研究17-18
• 1.8 本文研究主要內(nèi)容18-20
• 1.8.1 問題的提出及意義18
• 1.8.2 本文研究內(nèi)容18-20
• 第二章 螺旋離心泵三維建模及網(wǎng)格劃分20-26
• 2.1 螺旋離心泵三維模型的建立20-22
• 2.1.1 幾何模型20
• 2.1.2 葉輪幾何建模20-21
• 2.1.3 蝸殼實體建模21-22
• 2.1.4 螺旋離心泵整機模型22
• 2.2 模型網(wǎng)格劃分22-25
• 2.2.1 網(wǎng)格劃分方法22-23
• 2.2.2 非結構化網(wǎng)格的生成23-24
• 2.2.3 網(wǎng)格生成24-25
• 2.3 本章小結25-26
• 第三章 螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流場的數(shù)值計算模型及研究方法研究26-34
• 3.1 離心泵中的固液兩相流動26-27
• 3.1.1 基本假設及理想狀態(tài)下的運動分析26
• 3.1.2 速度三角形26-27
• 3.2 固液兩相流動控制方程27-30
• 3.2.1 連續(xù)相控制方程27-29
• 3.2.2 固相顆粒的控制方程29-30
• 3.3 固液兩相流數(shù)值模擬模型30-33
• 3.3.1 基于Euler-Euler坐標的雙流體模型30
• 3.3.2 基于Euler-Lagrange坐標的顆粒軌道模型30-33
• 3.4 本章小結33-34
• 第四章 螺旋離心泵輸送清水介質(zhì)時的數(shù)值模擬及結果分析34-44
• 4.1 螺旋離心泵流場邊界條件處理及葉輪旋轉(zhuǎn)坐標系的建立34-35
• 4.2 螺旋離心泵輸送清水介質(zhì)下的數(shù)值模擬及結果分析35-42
• 4.2.1 額定工況下流動區(qū)域的壓力與速度分布及分析36-38
• 4.2.2 不同工況下流動區(qū)域的軸截面流線和壓力分布38-42
• 4.3 數(shù)值計算可靠性試驗驗證42-43
• 4.4 本章小結43-44
• 第五章 基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流的數(shù)值模擬及結果分析44-76
• 5.1 離散相模型邊界條件設置44-45
• 5.2 離散相模型參數(shù)設置45
• 5.3 固相顆粒在固液兩相流介質(zhì)中的運動軌跡分析45-58
• 5.3.1 顆粒粒徑與密度對固相顆粒在固液流場中運動軌跡的影響46-49
• 5.3.2 顆粒進口位置對固相顆粒在固液流場中運動軌跡的影響49-52
• 5.3.3 粒徑與固相體積分數(shù)對顆粒在固液流場中運動軌跡的影響52-58
• 5.4 顆粒粒徑與固相體積分數(shù)對過流部件磨損性能的影響58-68
• 5.4.1 顆粒的磨損原理58
• 5.4.2 極微顆粒磨損數(shù)值計算結果58-61
• 5.4.3 細小顆粒顆粒磨損數(shù)值計算結果61-63
• 5.4.4 較小顆粒顆粒磨損數(shù)值計算結果63-66
• 5.4.5 粗顆粒顆粒磨損數(shù)值計算結果66-68
• 5.5 固相顆粒對液相流動狀態(tài)的影響68-71
• 5.6 固相粒徑與體積分數(shù)對螺旋離心泵性能的影響71-74
• 5.6.1 固相粒徑與固相體積分數(shù)對揚程的影響72-73
• 5.6.2 固相粒徑與固相體積分數(shù)對效率的影響73-74
• 5.7 本章小結74-76
• 第六章 結論與展望76-78
• 結論76-77
• 展望77-78
• 參考文獻78-83
• 致謝83-84
• 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄84

【參考文獻】

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本文編號：1123910