变曲率流道内颗粒与壁面碰撞磨损研究

发布时间：2020-04-15 14:16

【摘要】：泵是流体输送的动力核心,固液泵因其输送的介质内存在固体颗粒,存在过流部件磨损严重、效率低的问题。但由于离心泵复杂的几何流道,加上固液两相介质的多样性,导致对其进行研究较为困难。为更好揭示大颗粒固液混合物输时泵流道内混合物的流动和冲蚀磨损机理,本文采用简化模型的方法,将叶轮叶片型线作为管道型线,设计变曲率流道。以变曲率弯管为研究对象,借鉴管道分析方法,采用高速摄影技术、冲蚀磨损实验、CFD-DEM耦合计算方法对弯管内的固液混合物流动及冲蚀磨损机理展开研究。以下为主要研究内容:(1)总结了固液两相流动机理及其对过流面的冲蚀磨损研究现状;介绍了旋转机械内部流动简化研究的发展,发现旋转和叶片型线是影响叶轮内部流动的两大关键因素;介绍了离散元方法基础理论及其发展应用。(2)设计搭建了变曲率弯管高速摄影实验台,并开展了弯管内部大颗粒运动可视化实验;采用Matlab软件对图像进行数据提取,研究颗粒密度、壁面材料、入射位置、流体速度等因素对颗粒运动轨迹及运动速度的影响。(3)设计搭建了冲蚀磨损实验台,并开展了弯管壁面磨损实验;分析了壁面的磨损量随混合物质量浓度增加的变化;分析了磨损片表面磨损形貌及成因。(4)介绍了CFD-DEM耦合方法模型中连续相控制方程,离散相颗粒运动控制方程;分析了数值模拟结果,补充说明了混合物中颗粒在弯管内速度变化,弯管内流体流动对颗粒运动的影响。
【图文】：

常见的叶片包角为 120°，而普通弯管的角度一般为 90 或 180°，综合考虑选取包角为 120°。将叶片型线作为管道内壁面型线，选取合适宽度后等距离外扩，得到外壁型线。叶片型线如图 2.1 所示，AB 为第一段圆弧，圆心 O1，BC 为第二段圆弧，圆心 O2。β1和 β2是 A 点和 C 点的叶片安装角，对应进口半径 r1和出口半径 r3，B 为两段圆弧的交接点，对应半径 r2

图 2.1 双圆弧型线图 2.2(a)是变曲率弯管模型示意图，弯管曲率半径较小的内侧管壁型线为叶片型截面为矩形，内部尺寸为：高 25 mm，宽 35 mm。考虑实际连接问题，，两端各增的延长段用于粘接套筒。图 2.2(b)是弯管实物图，弯管由上下左右四块有机玻璃粘实验前弯管的左右壁面都贴衬金属片。研究中共用到两个弯管，分别贴衬铝片和。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH311

【参考文献】

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本文编号：2628646