該文以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水（連續(xù)相）和空氣（離散相）作為流動(dòng)介質(zhì),基于Eulerian-Eulerian非均相流模型,在不同進(jìn)口含氣率工況下對(duì)離心式深海多相混輸泵內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,研究離心式深海多相流混輸泵的內(nèi)部流動(dòng)特性。通過獲得葉輪和擴(kuò)壓器內(nèi)部相態(tài)分布情況以及液相速度流線圖,探索氣液兩相流在混輸泵內(nèi)部的流動(dòng)規(guī)律。結(jié)果顯示:氣液兩相工況下,混輸泵從首級(jí)到末級(jí)的增壓能力變化趨勢(shì)相同,不同含氣率下,末級(jí)混輸泵的增壓能力變化更大,含氣率越高對(duì)增壓能力影響越大;在低含氣率下整個(gè)流道內(nèi)的氣相分布很均勻,氣相更多聚集在葉片吸力面及出口邊附近且有沿著葉片吸力面向葉輪出口運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),當(dāng)進(jìn)口含氣率大于10%后,葉輪流道內(nèi)葉片吸力面處出現(xiàn)較為明顯的相態(tài)分離現(xiàn)象;不同含氣率下葉輪和擴(kuò)壓器內(nèi)壓力脈動(dòng)幅值變化趨勢(shì)相似,幅值隨著含氣率的增加不斷上升,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算所采用的計(jì)算模型和方法是可靠的。 

【文章來源】：水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯). 2020年02期 北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)上彩圖)葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)主頻幅值Fig.11(Coloronline)AmplitudesofpressurefluctuationsonIMS1-IMS5

李晨昊，等：入口含氣率對(duì)深海多相混輸泵性能影響研究251的延長(zhǎng)，并使得擴(kuò)壓器和泵出口交界面更好地銜接。造型中各主要過流部件在同一個(gè)坐標(biāo)系下分別繪制，保證計(jì)算域各交界面處銜接良好。計(jì)算域三維建模如圖1所示，由泵入口管道，各級(jí)葉輪，連接空腔段，各級(jí)擴(kuò)壓器和泵出口管道組成。圖1(網(wǎng)上彩圖)三級(jí)混輸泵三維幾何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2網(wǎng)格生成網(wǎng)格是CFD模型的幾何表達(dá)形式，也是模擬和分析的載體。網(wǎng)格的質(zhì)量對(duì)CFD計(jì)算精度和收斂性有著重要的影響。本文采用ANSYSICEM18.0主要過流部件進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，可以靈活地調(diào)整各個(gè)節(jié)點(diǎn)密度和邊界層厚度[27]。為確保數(shù)值模擬的精度和更好的收斂性，對(duì)各主要過流部件邊界層處和扭曲度過大的部位進(jìn)行了網(wǎng)格加密，如圖2所示。網(wǎng)格數(shù)對(duì)混輸泵性能模擬計(jì)算的影響，如圖3所示。根據(jù)氣液兩相流工況下，網(wǎng)格無關(guān)性檢查結(jié)果可知，當(dāng)葉輪和擴(kuò)壓器總網(wǎng)格數(shù)大于88萬時(shí)，混輸泵葉片表面的平均y+值小于10，而且揚(yáng)程曲線隨網(wǎng)格數(shù)的增加變化很小，揚(yáng)程偏差值小于1%。綜合考慮網(wǎng)格數(shù)和計(jì)算時(shí)間，故選取總網(wǎng)格數(shù)6404550作為計(jì)算網(wǎng)格。多相混輸泵的壓力數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)置位置如圖4所示。在葉輪葉片壓力面?zhèn)仍O(shè)置5個(gè)壓力監(jiān)控點(diǎn)(IMS1-IMS5)，同時(shí)在擴(kuò)壓器導(dǎo)葉壓力面?zhèn)仍O(shè)置5個(gè)壓力監(jiān)控點(diǎn)(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型驗(yàn)證湍流模型的選擇是CFD模擬中的一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，也是計(jì)算量和數(shù)值精度的匹配關(guān)鍵。圖5為氣液兩相流條件下，5%含氣率工況時(shí)不同湍流模型對(duì)多相混輸泵計(jì)算揚(yáng)程的影響及與設(shè)計(jì)值和實(shí)驗(yàn)值?

李晨昊，等：入口含氣率對(duì)深海多相混輸泵性能影響研究251的延長(zhǎng)，并使得擴(kuò)壓器和泵出口交界面更好地銜接。造型中各主要過流部件在同一個(gè)坐標(biāo)系下分別繪制，保證計(jì)算域各交界面處銜接良好。計(jì)算域三維建模如圖1所示，由泵入口管道，各級(jí)葉輪，連接空腔段，各級(jí)擴(kuò)壓器和泵出口管道組成。圖1(網(wǎng)上彩圖)三級(jí)混輸泵三維幾何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2網(wǎng)格生成網(wǎng)格是CFD模型的幾何表達(dá)形式，也是模擬和分析的載體。網(wǎng)格的質(zhì)量對(duì)CFD計(jì)算精度和收斂性有著重要的影響。本文采用ANSYSICEM18.0主要過流部件進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，可以靈活地調(diào)整各個(gè)節(jié)點(diǎn)密度和邊界層厚度[27]。為確保數(shù)值模擬的精度和更好的收斂性，對(duì)各主要過流部件邊界層處和扭曲度過大的部位進(jìn)行了網(wǎng)格加密，如圖2所示。網(wǎng)格數(shù)對(duì)混輸泵性能模擬計(jì)算的影響，如圖3所示。根據(jù)氣液兩相流工況下，網(wǎng)格無關(guān)性檢查結(jié)果可知，當(dāng)葉輪和擴(kuò)壓器總網(wǎng)格數(shù)大于88萬時(shí)，混輸泵葉片表面的平均y+值小于10，而且揚(yáng)程曲線隨網(wǎng)格數(shù)的增加變化很小，揚(yáng)程偏差值小于1%。綜合考慮網(wǎng)格數(shù)和計(jì)算時(shí)間，故選取總網(wǎng)格數(shù)6404550作為計(jì)算網(wǎng)格。多相混輸泵的壓力數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)置位置如圖4所示。在葉輪葉片壓力面?zhèn)仍O(shè)置5個(gè)壓力監(jiān)控點(diǎn)(IMS1-IMS5)，同時(shí)在擴(kuò)壓器導(dǎo)葉壓力面?zhèn)仍O(shè)置5個(gè)壓力監(jiān)控點(diǎn)(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型驗(yàn)證湍流模型的選擇是CFD模擬中的一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，也是計(jì)算量和數(shù)值精度的匹配關(guān)鍵。圖5為氣液兩相流條件下，5%含氣率工況時(shí)不同湍流模型對(duì)多相混輸泵計(jì)算揚(yáng)程的影響及與設(shè)計(jì)值和實(shí)驗(yàn)值?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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