叶轮流道内颗粒碰撞及磨损机理研究
发布时间：2020-12-04 10:04
固液两相离心泵因为其具有结构简单、方便便捷、环保、高效、运输能力大的优势,广泛应用于食品生产行业、矿石运输行业、化工生产行业、冶金行业和疏浚等行业。但由于固体颗粒的存在,导致过流部件会产生很大磨损,特别是叶轮区域尤其严重。这会导致离心泵的效率低下,降低使用寿命,严重时甚至引起安全事故。本文首先通过将叶轮流道简化为弯管,然后运用CFD软件和DEM软件进行耦合计算弯管内两相磨损,结合在不同浓度下的磨损实验结果与数值模拟结果的对比,验证了CFD-DEM耦合计算固液两相磨损的可行性。在此基础上,基于正交试验设计模拟方案研究了颗粒粒径、颗粒浓度、颗粒密度、流体速度以及曲率半径对磨损的影响;基于控制变量法设计模拟方案分析了颗粒形状、颗粒粒径组合与壁面磨损之间的关系,主要研究内容如下:（1）简化叶轮流道为弯管,继而研究弯管内壁的磨损情况。进行不同浓度下弯管的磨损实验,同时基于FLUENT-EDEM耦合计算两相磨损。对比实验与模拟结果,发现磨损严重区域、不同质量浓度下磨损率以及表面形貌等三方面的对比均比较吻合,说明了FLUENT-EDEM耦合计算固液两相磨损的准确性。（2）基于CFD-DEM耦合对12...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复杂流道简化研究现状
1.2.2 固液两相流磨损研究现状
1.2.3 固液两相流两相流动特征的研究现状
1.3 本文主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 固液两相流数学模型
2.1 计算流体力学基本理论
2.2 固液两相流中颗粒的受力
2.3 湍流流动
2.3.1 湍流控制方程
2.3.2 湍流数值模拟方法
2.4 固液两相流数值模拟
2.4.1 固液两相流的数值模拟方法
2.4.2 固液两相流相间耦合
2.5 离散单元法
2.5.1 时间步长
2.5.2 颗粒接触的搜索过程
2.6 CFD-DEM耦合模块
2.6.1 FLUENT-EDEM 耦合理论
2.6.2 FLUENT-EDEM 耦合流程
2.7 磨损模型
2.8 本章小结
第三章 固液两相耦合计算方法及磨损实验验证
3.1 叶轮流道内固液两相流的计算模型
3.1.1 叶轮流道的模型简化
3.1.2 几何模型和网格模型
3.1.3 网格无关性验证
3.1.4 边界条件和求解设置
3.2 实验系统以及测量方法
3.2.1 实验台的搭建
3.2.2 实验方案及实验步骤
3.2.3 测量系统
3.3 EDEM和FLUENT耦合计算两相磨损准确性的验证
3.3.1 磨损区域与颗粒运动的关系
3.3.2 磨损率与颗粒质量浓度的关系
3.3.3 表面形貌与固液混合物运动的关系
3.4 本章小结
第四章 弯管内固液两相流流动特性分析
4.1 模拟参数
4.2 几何结构模型
4.3 弯管内两相的运动特性分析
4.3.1 颗粒相的运动特性分析
4.3.2 流体相的运动特性分析
4.4 不同流体速度对于两相流的影响
4.5 不同曲率半径对两相流的影响
4.6 颗粒浓度对两相流的影响
4.7 本章小结
第五章 弯管内固液两相流磨损分析
5.1 正交试验
5.1.1 研究因素
5.1.2 正交试验设计
5.2 计算模型
5.3 基于正交试验的磨损分析
5.3.1 模拟结果的统计
5.3.2 优方案的选择与验证
5.3.3 各因素下的结果分析
5.4 基于控制变量法的磨损分析
5.4.1 颗粒形状对于磨损的影响
5.4.2 不同颗粒组合对于磨损的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损[J]. 赵健,张贵才,徐依吉,王瑞和,周卫东,韩烈祥. 中南大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]固液两相离心泵内颗粒流动特性的研究进展[J]. 吕义高,史宝成,张寒洁,王典,李经廷,覃昊. 内蒙古石油化工. 2018(02)
[3]固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性[J]. 汪家琼,蒋万明,孔繁余,宿向辉,陈浩. 农业机械学报. 2013(11)
[4]颗粒粒径对海洋采矿扬矿泵固液两相流影响的分析[J]. 曾义聪,陈奇,谢秋敏,李峰. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2013(02)
[5]湍流数值模拟方法及其特点分析[J]. 路明,孙西欢,李彦军,范志高. 河北建筑科技学院学报. 2006(02)
[6]固液两相流泵的研究进展[J]. 倪福生,杨年浩,孙丹丹. 矿山机械. 2006(02)
[7]用导轮减轻固液两相流对离心泵叶片的磨损研究[J]. 杨建国,李国成,蔡升,李显军. 水泵技术. 2000(05)
博士论文
[1]变曲率流道内固液两相CFD-DEM方法及在大型脱硫泵中的应用[D]. 李亚林.江苏大学 2015
[2]离心泵内部固液两相流动数值模拟与磨损特性研究[D]. 李昳.浙江理工大学 2014
硕士论文
[1]基于离散元的砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降控制研究[D]. 马腾.北京交通大学 2016
[2]颗粒堆积性质和散状物料转载过程的DEM仿真研究[D]. 李勤良.东北大学 2010
本文编号：2897406
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 复杂流道简化研究现状
1.2.2 固液两相流磨损研究现状
1.2.3 固液两相流两相流动特征的研究现状
1.3 本文主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 固液两相流数学模型
2.1 计算流体力学基本理论
2.2 固液两相流中颗粒的受力
2.3 湍流流动
2.3.1 湍流控制方程
2.3.2 湍流数值模拟方法
2.4 固液两相流数值模拟
2.4.1 固液两相流的数值模拟方法
2.4.2 固液两相流相间耦合
2.5 离散单元法
2.5.1 时间步长
2.5.2 颗粒接触的搜索过程
2.6 CFD-DEM耦合模块
2.6.1 FLUENT-EDEM 耦合理论
2.6.2 FLUENT-EDEM 耦合流程
2.7 磨损模型
2.8 本章小结
第三章 固液两相耦合计算方法及磨损实验验证
3.1 叶轮流道内固液两相流的计算模型
3.1.1 叶轮流道的模型简化
3.1.2 几何模型和网格模型
3.1.3 网格无关性验证
3.1.4 边界条件和求解设置
3.2 实验系统以及测量方法
3.2.1 实验台的搭建
3.2.2 实验方案及实验步骤
3.2.3 测量系统
3.3 EDEM和FLUENT耦合计算两相磨损准确性的验证
3.3.1 磨损区域与颗粒运动的关系
3.3.2 磨损率与颗粒质量浓度的关系
3.3.3 表面形貌与固液混合物运动的关系
3.4 本章小结
第四章 弯管内固液两相流流动特性分析
4.1 模拟参数
4.2 几何结构模型
4.3 弯管内两相的运动特性分析
4.3.1 颗粒相的运动特性分析
4.3.2 流体相的运动特性分析
4.4 不同流体速度对于两相流的影响
4.5 不同曲率半径对两相流的影响
4.6 颗粒浓度对两相流的影响
4.7 本章小结
第五章 弯管内固液两相流磨损分析
5.1 正交试验
5.1.1 研究因素
5.1.2 正交试验设计
5.2 计算模型
5.3 基于正交试验的磨损分析
5.3.1 模拟结果的统计
5.3.2 优方案的选择与验证
5.3.3 各因素下的结果分析
5.4 基于控制变量法的磨损分析
5.4.1 颗粒形状对于磨损的影响
5.4.2 不同颗粒组合对于磨损的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损[J]. 赵健,张贵才,徐依吉,王瑞和,周卫东,韩烈祥. 中南大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]固液两相离心泵内颗粒流动特性的研究进展[J]. 吕义高,史宝成,张寒洁,王典,李经廷,覃昊. 内蒙古石油化工. 2018(02)
[3]固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性[J]. 汪家琼,蒋万明,孔繁余,宿向辉,陈浩. 农业机械学报. 2013(11)
[4]颗粒粒径对海洋采矿扬矿泵固液两相流影响的分析[J]. 曾义聪,陈奇,谢秋敏,李峰. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2013(02)
[5]湍流数值模拟方法及其特点分析[J]. 路明,孙西欢,李彦军,范志高. 河北建筑科技学院学报. 2006(02)
[6]固液两相流泵的研究进展[J]. 倪福生,杨年浩,孙丹丹. 矿山机械. 2006(02)
[7]用导轮减轻固液两相流对离心泵叶片的磨损研究[J]. 杨建国,李国成,蔡升,李显军. 水泵技术. 2000(05)
博士论文
[1]变曲率流道内固液两相CFD-DEM方法及在大型脱硫泵中的应用[D]. 李亚林.江苏大学 2015
[2]离心泵内部固液两相流动数值模拟与磨损特性研究[D]. 李昳.浙江理工大学 2014
硕士论文
[1]基于离散元的砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降控制研究[D]. 马腾.北京交通大学 2016
[2]颗粒堆积性质和散状物料转载过程的DEM仿真研究[D]. 李勤良.东北大学 2010
本文编号：2897406
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