离心泵内粗颗粒固液两相流试验测试和数值模拟

发布时间：2020-05-04 22:46

【摘要】：固液两相流泵在深海采矿、污水处理和泥沙清淤等许多重要领域被广泛应用,因此泵内固液两相流的内流特性、颗粒运动规律及碰撞等一直是研究的热点。目前,对泵内输送小尺度固相介质已有较多研究,但对泵内粗颗粒固液两相流机理的研究还较为缺乏,因此急需开展离心泵内粗颗粒两相流机理的研究,以进一步完善并丰富粗颗粒固液两相流泵的设计方法和理论。本文选用离心泵作为研究对象,采用试验测试和数值计算相结合的方法,深入细致地研究了泵内球形以及非球形粗颗粒固液两相流的流动规律,从而为粗颗粒固液两相流泵的优化设计提供理论基础。本文的主要工作内容及成果如下:1、对国内外泵内粗颗粒固液两相流试验测试以及数值计算的研究现状进行了总结。2、基于可视化试验对泵内球形颗粒固液两相流进行了试验测试,分析了球形颗粒的运动轨迹、过泵时间及碰撞规律,同时,对颗粒粒径和体积分数对泵的性能影响进行了较为详细的研究,结果表明:(1)随着粒径的增大,球形颗粒在叶轮内相对运动轨迹的长度先减小后增大,过泵平均用时先减小后增大,在隔舌处的碰撞概率逐渐减小;(2)随着体积分数的增大,球形颗粒在叶轮内的相对运动轨迹变化较小,过泵平均用时先增大后减小,在隔舌处的碰撞概率逐渐增大;(3)随着粒径的增大,模型泵出口压力脉动总级值先变化较小后明显增大,最大增长1.6dB;流动诱导振动先增大后减小,粒径为8mm时变化率最大为1.98%;(4)随着体积分数的增大,离心泵压力脉动和流动诱导振动明显增大。3、首次对离心泵内输送圆柱颗粒两相流进行了可视化试验,深入分析了圆柱颗粒运动轨迹、过泵时间及碰撞规律,并研究了圆柱颗粒底面直径和高径比对离心泵性能的影响,结果表明:(1)随着底面直径的增大,圆柱颗粒在叶轮内运动时相对运动轨迹变短,平均过泵用时明显降低,在隔舌处的碰撞概率先增大再减小,其中底面直径为4mm时概率最高为1.17%;(2)随着高径比的增大,圆柱颗粒在叶轮内运动时相对运动轨迹也在变短,平均过泵用时先减小后增大;(3)随着底面直径的增大,模型泵流动诱导振动明显增大,出口处压力脉动总级值先变化较小后降低随后又增大,底面直径为5mm时增长最小,为0.19dB;(4)随着高径比的增大,离心泵出口处压力脉动明显增大,振动总级值随颗粒高径比的增大先增大后减小。4、通过Fluent DPM模型计算分析球形颗粒对内流场、径向力、轴向力等泵性能的影响,利用Fluent-EDEM耦合计算离心泵内的颗粒分布以及不同时刻速度分布,结果表明:(1)随着颗粒粒径的增大,泵出口区域压力逐渐减小,蜗壳扩散段低速区面积逐渐减小;(2)随着颗粒体积分数的增大,泵出口区域压力逐渐增大,蜗壳扩散段低速区面积逐渐增大;(3)随着粒径和体积分数的增大,叶轮内湍动能均逐渐减小,叶轮处径向力和轴向力均逐渐增大;(4)随粒径的增大,颗粒在叶轮进口处速度更大。
【图文】：

离心泵,实物,叶轮,主要结构参数

采用有机玻璃制作模型泵的叶轮和蜗壳，实物图如图2-1 所示，叶轮及蜗壳的主要结构参数见表 2-1。（a）叶轮实物（b）蜗壳实物图 2-1 离心泵实物图表 2-1 离心泵主要结构参数过流部件结构参数数值叶轮叶轮进口直径 Dj(mm) 90叶轮出口直径 D2(mm) 201.5叶片数 z 2叶片包角φ1(°) 178叶片出口角 β2(°) 41

颗粒,粒径,蜗壳,基圆直径

江苏大学硕士学位论文过流部件结构参数数值叶轮出口宽度 b2(mm) 45蜗壳蜗壳基圆直径 D3(mm) 212蜗壳进口宽度 b3(mm) 47粒用球形颗粒，，颗粒材质为橡胶，颗粒密度均为 1.2g/c为 6mm、8mm 和 10mm，图 2-2 所示为试验用不同直
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH311

【参考文献】