离心泵叶轮内盐析晶体颗粒运动及粒径分布特性的研究

发布时间：2020-06-08 20:34

【摘要】： 伴有盐析的两相流动过程中,存在晶体物质析出、生长、聚并、破碎及溶解等复杂的微观现象,因此溶液中晶体颗粒数、粒径及化学成分都在不断变化,大大增加了数值研究盐析两相流场的难度。而盐析两相流中晶体颗粒的运动及粒径分布特性直接决定着流体机械内部结盐区域及速率,是盐析理论体系的主要内容之一,但至今仍处于探索阶段。 本文在国家自然科学基金项目“叶轮机械内伴有盐析的液固两相流动的研究”(No.50476068)和教育部博士点基金项目“盐溶液输送过程中的流动与相分离作用机理研究”(No.20060299008)的资助下,以离心泵为研究对象,Na2SO4过饱和溶液为输送介质,对不同工况下盐析两相流场中晶体颗粒的粒径分布特性及运动规律进行了较为全面的研究,主要工作及所取得的研究成果如下： 1、简要介绍了盐析两相流及群体平衡模型的国内外研究现状,阐述了盐析晶体的微观行为与群体平衡模型的基础理论,为数值模拟中计算模型的选择奠定理论基础； 2、在前人研究的基础上,设计并加工一台离心泵,为数值计算及实验研究提供研究模型； 3、根据模型泵结构参数运用三维造型软件Pro/E对其进行三维造型,并对泵内部流道区域采用非结构网格划分方法,为提高网格质量及加快求解速度对部分计算区域的网格进行局部加密； 4、考虑盐析两相流中晶体颗粒存在着复杂的微观行为,数值模拟离心泵内部盐析两相流场时,在Mixture双流体模型的基础上引入群体平衡模型(PBM),以描述盐析两相流中实际存在的相间作用力及各种微观现象,从而获得不同流量、固相体积分数、温度下叶轮内部流场盐析晶体颗粒的粒径分布及组分数分布等信息,得出“大颗粒进入叶片流道内有向压力面聚集的趋势”等结论； 5、介绍了粒子图像测速技术(PIV)的工作原理,并运用该测量系统对离心泵内部盐析两相流场进行测量,以获得叶轮内部流场盐析晶体颗粒精确的运动、粒径分布特性,从而验证了数值计算结果的准确性及群体平衡模型应用于流体机械盐析理论研究的可行性,得到“晶体颗粒相对速度变化较大区域出现在叶片流道的靠近出口处”等结论。
【图文】：

粘结于管道内外壁的盐析层轴与填料密封处的盐析晶体盐析晶体颗粒的晶块状图1盐析晶体颗粒的粉末状盐析现象的宏观实例盐析两相流动在工业中极为普遍，尤其集中存在于石油化工、制浆造纸及卤水输送等工业生产流程。在盐溶液的输送过程中，由于各种输运势的共同作用，盐析晶体颗粒会发生沉降并以不同的速度粘结于管道、流体机械等过流部件内壁争/

本文进行数值模拟时在双流体两相流动模型的基础上引入群体平衡模型，用以描述盐析两相流中实际存在的相间作用力及晶体颗粒的成核、生长、聚并及破碎等微观行为，，如图1.2所示，从而使得计算结果更接近于真实。以下为群体平衡模型的国内外研究现状，犷~一飞纂~一~其基础理论将在后面章节中详述。涂团洲哪卜一，残笋一~沸二劝矛一己一犷粉节’’妙洛沙气取卜场分鲤髯卜彝鬓，一豁召p;惑眨一一、-.。._.p户称岛韶安备.了咬续，否箱必.~~仁。留赶~~~卜、，.一.吸怕。曰.~、_。.‘一二毋-曝‘礁拳场、鳌》遴图1.2盐析晶体颗粒的微观行为l钵z6l1.国外研究现状群体平衡模型 (PopulationBalanceModel，简称pBM)是描述两相流体系中分散相粒径分布的通用方法
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH311

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈雷;高正明;;多层桨气-液搅拌反应器内局部特性的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年03期

2 朱友益,张强,王化军,阎德中,李彦;PDA测试浮选柱液-气两相流中气泡的流速分布[J];北京科技大学学报;1999年02期

3 邵雪锋;李祥东;汪荣顺;;竖直环形通道内液氮流动沸腾的MUSIG模型分析 Part 1:轴向气泡直径和界面面积浓度的预测[J];低温与超导;2009年05期

4 张n\,范伟平,蔡瑞英,王延儒,时钧;苯丙酮酸钠反应结晶过程的数学模拟[J];高校化学工程学报;1999年06期

5 张小平,郭祀远,钱宇;工业结晶器数学模型的研究和开发进展[J];广州化工;1997年04期

6 沙作良;伍倩;王学魁;;不同黏度下气液体系流体力学行为的PBM模拟[J];化工进展;2009年S1期

7 刘勇,王静康,尹秋响;环丙沙星冷却结晶动力学测定[J];化工学报;2003年06期

8 贾卫东;杨敏官;高波;李辉;顾海飞;;水平圆管内盐析湍流流动特性的实验研究[J];过程工程学报;2008年06期

9 贾卫东;杨敏官;王春林;李辉;;绿液结盐过程中的物理化学作用[J];盐业与化工;2007年06期

10 马宏伟,Dieter E Bohn,Achim Decker,Bernd Rudzinski;涡轮级轮缘封严内非定常流场的准三维LDV测量[J];航空动力学报;2004年04期

相关博士学位论文 前8条

1 王铁峰;气液（浆）反应器流体力学行为的实验研究和数值模拟[D];清华大学;2004年

2 魏超;流体颗粒聚并过程研究[D];湘潭大学;2005年

3 文键;基于PIV技术的换热器内部场分布特性研究[D];西安交通大学;2006年

4 刘元花;杂交骨髓瘤细胞培养模型化研究[D];上海交通大学;2008年

5 孙猛;稀疏气固两相流经旋流浓集的电容层析成像测量[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2008年

6 胡鹤鸣;旋转水射流喷嘴内部流动及冲击压强特性研究[D];清华大学;2008年

7 高波;盐析两相流理论及旋流泵内部流动的研究[D];江苏大学;2009年

8 雷兢;多相流的电容层析成像图像重建研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2008年

相关硕士学位论文 前4条

1 潘杰;头孢曲松钠结晶过程研究[D];天津大学;2004年

2 张旭辉;湍流场中原油—水体系的液滴破碎与粒径分布[D];大连理工大学;2005年

3 宋月兰;多层桨搅拌槽内气—液两相流的数值模拟[D];北京化工大学;2006年

4 顾海飞;离心泵压出室及管内盐析液固两相流动的研究[D];江苏大学;2007年

本文编号：2703610