離心泵管路系統由于結構簡單,體積小,而且流量穩(wěn)定,性能范圍廣等優(yōu)點,因而成為海底采礦過程中的礦物提升系統中的優(yōu)選動力提供設備,但是在介質輸送過程中,流動介質對過流壁面的磨損是一個無法避免的問題。本文考慮到大顆粒流動中不可忽略的顆粒-顆粒、顆粒-壁面間作用,采用CFD-DEM相結合方法,對一臺單級單吸式固液兩相流離心泵及其管路系統進行了數值模擬和實驗研究。實驗中采用油漆涂層法觀測磨損位置和超聲波測厚法測量壁面厚度損失,測量實驗系統在不同顆粒質量濃度下（Cm=1%～Cm=10%）性能變化,實驗選用顆粒直徑3 mm,兩相流介質流量70 m3/h。主要研究結果如下:（1）離心泵性能會受到流動介質屬性影響,當顆粒質量分數增大時,離心泵揚程和效率下降明顯,但是軸功率變化緩慢,呈輕微的先上升再下降的趨勢,這是由于顆粒密度高,流動性差,輸送顆粒需要更多的能量,同時顆粒影響了離心泵內的流場分布,使泵內部分區(qū)域渦尺寸和數量都增大,導致泵的整體性能下降。（2）離心泵葉片工作面和蝸殼6-7斷面之間區(qū)域磨損最為嚴重,而且葉輪、蝸殼及前后耐磨板瞬時厚度損失率均隨著葉輪旋轉周期性變化。當葉片旋轉至蝸殼5-6斷面上方... 

【文章來源】：浙江理工大學浙江省

【文章頁數】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１某水力提升采礦系統示意圖??Ｉ??

浙江理工大學碩士學位論文?固液兩相離心泵管路系統磨損研究??泵部件磨損??丨?［丨?－－；??；?葉輪調節(jié)丨，．離心栗水力性能；；／?ｍｍｍ．?；??ｉ??＼?＼?；?／?顆粒ｈ性??電機?１＼?．?；?：＼?—?｜??｜?功率＆轉速?／?；丨?離心泵材質?：、?操作壓力，流故??ｉ丨設計丨Ｚ?｜?ｉ?｜福作ｉ?；?ｉ?＼丨流程丨｜??圖１．２離心泵磨損影響因素??在目前很多實際工程中，固液兩相中大顆粒流動工況居多，但是大顆粒運動與過流壁??面之間的關系與小顆粒不同，其研宄難度更高。Ｓａｌａｈ?Ｚｏｕａｏｉｉ１１６１通過實驗研宄了大顆粒在??水平管道內的流動情況，研究者通過改變顆粒材料、粒徑和濃度對固體輸運過程中的重要??參數（壓力、速度等）進行了實驗測試。發(fā)現壓力梯度力與混合速度之間的關系與純液體流??動的關系存在顯著差異。Ｒａｖｅｌｅｔ１１７１對５ｍｍ以上的大型固體顆粒在水平管內的水力輸送進??行了實驗研究，將實驗結果與基于質量和動量平衡的一維模型進行了比較，而且類比提出??大顆粒在垂直管道中的流動模型，并與文獻中實驗數據進行了對比。Ｌｉｌ｜８）對彎管內３ｍｍ??大粒徑顆粒進行了磨損實驗，并使用離散單元法得到了流場和顆粒的運動的關系，揭示磨??損形成機理，結果表明磨損程度伴隨顆粒質量濃度同步增大，但是達到某一定值之后，由??于顆粒在壁面形成保護層而磨損速率保持不變。Ｔａｎ１１９１等人采用高速攝像技術，對雙葉片??泥漿泵內的大顆粒單顆粒運動規(guī)律進行了跟蹤。分析了粒子直徑和粒子密度對粒子通過和??碰撞特性的影響。結果表明，隨著顆粒直徑的增大，通過離心泵時間的平均值先減小后增??大，不同

浙江理工大學碩士學位論文?固液兩相離心泵管路系統磨損研宄??宄。郭豹［６４］研宄了管徑的突然擴大的突擴管，對一豎直突擴管的兩相流進行數值模擬，基??于拉格朗日顆粒追蹤法對顆粒的軌跡進行預測，對比文獻中的試驗結果，對三種常見的磨??損預測模型的磨損預測效果進行評估分析。??１．３本文研宄內容??固液兩相離心泵管路系統是深海采礦系統中必不可少的設備之…，在輸送漿料過程中，??過流部件的磨損無法避免，設備磨損造成的設備穩(wěn)定性下降和頻繁檢修不利于連續(xù)生產。??針對以上問題，本文對一臺固液兩相離心泵及其管路系統進行了研究，分析了離心栗性能??變化，顆粒流動過程及壁面磨損規(guī)律。實驗采用了油漆涂層法觀測磨損位置及超聲波測厚??法測量厚度損失；數值計算運用ＣＦＤ－ＤＥＭ耦合方法，ＦＬＵＥＮＴ?（ＣＦＤ）軟件用于計算流??場分布，ＥＤＥＭ?（ＤＥＭ）用于計算顆粒運動及其對壁面造成的磨損。探索離心泵及管路中??內大顆粒流動規(guī)律及其對離心泵性能和磨損影響，揭示磨損機理，為固液兩相離心泵的降??耗減損和優(yōu)化設計提供理論依據。??研宂／／案????Ｉ????１．?＂???＇＂Ｉ??實驗研宂?｜數值模擬??＼?｜??外特ｔｉ實驗?——￣?——＾￣?ｒ—＾???Ｉ?賭損實驗?Ｆｌｕｅｎｔ?Ｅｄｅｍ?????「?＋?＇?ｃ＊?ｔ?￣ＣＦＤ－ＤＥＭ??Ｗ水性能實驗兩相流性能實驗??一?Ｑ，?Ｃｍ?｜?，?：：?：１??同液兩相流動尚心泵及其管路系統壁而磨損??圖１．３研宄方案??９??


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