动静叶栅内固液两相非定常流动特性研究

发布时间：2020-07-13 01:09

【摘要】：水力机械内动静叶栅的相互干涉是诱发水力机械振动、噪声以及低效的主要原因。当水力机械内运动介质为含沙水时,颗粒的存在使得水力机械内部流场结构更加复杂、增大了动静叶栅内的磨损、降低了流体所具有的能量。因此,研究固液两相流体在动静叶栅内的流动特性,可以为固液两相流水力机械的优化设计提供参考和依据。Stokes数是一个包含颗粒密度、粒径,流体的特征速度、特征长度以及流体粘度的综合无量纲参数。本文用它来界定颗粒与拟序结构的相互作用机制。基于大涡模拟与Mixture模型,以设计参数扬程为29.3m,流量为45.7m3/h的导叶式离心泵为研究对象。对不同颗粒密度分别为ρd=950kg/m3、ρd=1650kg/m3、ρd=2650kg/m3以及不同颗粒粒径d=0.016mm、d=0.026mm、d=0.036mm情况下的固液两相非定常流场进行数值计算。得出以下结论:1.随着颗粒密度的增大,模型泵扬程和效率出现了小范围的增加。在不同颗粒密度下,叶轮内压力值沿着进口到出口逐渐增大,呈阶梯式分布,符合离心泵做功规律。叶轮进口吸力面侧出现负压区,压力值随着颗粒密度的增大而减小。在设计工况下,动静叶栅大部分流道内的流动比较顺畅。随着颗粒密度的增大,流道内漩涡的个数增多,流动的不稳定性增强。颗粒密度越大,叶片压力面进口固相体积浓度逐渐降低,而吸力面进口固相体积浓度保持不变且为初始固相浓度值。2.当颗粒密度改变引起的St数均远小于1时,不同St数下颗粒在流场中的弥散机制相同,均表现为大涡在颗粒的弥散中起主导作用。3.叶轮出口和导叶中部各监测点以高频脉动为主,导叶出口以及蜗壳监测点和蜗舌处以低频脉动为主。随着颗粒密度的增大,动静叶栅内的压力脉动特性增强。动叶的强剪切和较大逆压梯度作用是动静叶栅内涡流产生和演化的主要因素。颗粒密度的增大使流道内高能量漩涡个数增多,增加了流道内流动的复杂性并且颗粒密度的增大延缓了漩涡融合、分裂的过程。4.扬程和效率随着颗粒粒径的增大而减小。在不同颗粒粒径下,叶轮内压力值沿着进口到出口逐渐增大,相同位置处导叶内的压力值随着颗粒粒径的增大而减小。颗粒粒径增大时,进口固相体积分数越大,固体颗粒大部分聚集在叶轮进口以及动叶压力面。随着颗粒粒径的增大,叶片壁面相同位置处的颗粒体积分数增大。5.当颗粒粒径改变引起的St数均远小于1时,St数的改变不改变大涡在颗粒的弥散中起主导作用的颗粒在流场中的弥散机制,与颗粒密度变化的研究情况一致。6.涡量的产生以及分布情况与不同颗粒密度下的情况一致。粒径的改变没有对涡的分布范围,能量大小以及结构产生影响。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311

【参考文献】