迷宫螺旋泵多工况多介质数值模拟及其结构特性研究

发布时间：2017-04-14 20:23

  本文关键词：迷宫螺旋泵多工况多介质数值模拟及其结构特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：迷宫螺旋泵是一种高扬程小流量的流体机械,在石油化工、水处理、农业灌溉等行业广泛应用。它可进行单相流、气-液和固-液两相流及气-液-固三相流流体输送,目前关于迷宫泵的多相流和结构特性研究较少,本文以不同湍流模型下单相流数值模拟为切入点,展开泵的单相流、两相流、三相流的流场系统性研究及其结构特性研究,主要研究内容如下：(1)采用RNG κ-ε、SST κ-ω、标准k-ε和标准k-ω四种湍流模型对迷宫泵流场进行单相流动数值模拟和实验验证,分析和讨论了不同湍流模型对迷宫泵的流场影响和水力性能的预报。(2)应用计算流体软件FLUENT,对泵在颗粒直径0.015,0.03,0.06,0.08,0.1 mm和初始固相浓度为30%,40%,50%,60%,70%时进行固-液两相流仿真模拟,分析了流场的压力、相对速度的变化规律,探究了颗粒直径与初始浓度对泵的扬程和水力效率的影响：对泵在含气率分别为0.1,0.2,0.25,0.3,0.35,0.4时进行气-液两相流数值模拟,得到流场的压力、相对速度、含气率分布情况,并进行了气液两相流实验,分析泵的水力性能和泵产生微纳米气泡的直径和分布规律,探究泵的曝气增氧能力和微纳米气泡产生的机理。(3)对泵气-液-固多相流流场进行数值模拟,分析了气-液-固三相流时下流场的压力、速度、气-液-固三相的分布情况,并探究气-液-固三相流中,泵转子上固相、气相浓度随轴向位置变化的分布规律,对比分析了泵在单相流、固-液,气-液两相流和气-液-固三相流时的水力性能；系统的研究了该泵在单相、两相、多相流下的流场分布规律和水力性能。(4)基于流固耦合原理对迷宫泵转子进行静力学分析和模态分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench对泵转子进行仿真计算,得到泵在不同工况介质下的等效应力和变形情况以及转子的前6阶固有频率和相应振型,并探究了转子最大等效应力和最大总变形随流量的变化规律,这些研究为转子的工作可靠性和结构优化提供了数值数据。
【关键词】：迷宫螺旋泵 流场分析 微纳米气泡 结构分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符号说明17-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 概述18
• 1.2 迷宫螺旋泵简介18-19
• 1.3 国内外研究现状19-20
• 1.4 迷宫螺旋泵的基本理论20-24
• 1.4.1 工作原理20-21
• 1.4.2 性能参数21-23
• 1.4.3 结构参数23-24
• 1.5 本论文的研究内容24-26
• 第二章 不同湍流模型下迷宫螺旋泵的单相流场的数值模拟26-44
• 2.1 计算流体力学理论26-27
• 2.1.1 CFD简介26
• 2.1.2 CFD求解过程26-27
• 2.2 迷宫泵模型的建立27-31
• 2.2.1 基本参数27-28
• 2.2.2 几何模型建立28-29
• 2.2.3 网格划分及网格无关性验证29-31
• 2.3 单相流数值模拟计算方法31-35
• 2.3.1 数值模拟方法和控制方程31-32
• 2.3.2 湍流模型的选择32-33
• 2.3.3 求解方法的设置33-34
• 2.3.4 边界条件34-35
• 2.3.5 流体介质35
• 2.3.6 动静区域耦合方法35
• 2.4 单相流实验35-37
• 2.4.1 实验设备及步骤35-36
• 2.4.2 数据处理36-37
• 2.5 数值模拟结果及分析37-43
• 2.5.1 不同湍流模型对泵性能预测的影响37-41
• 2.5.2 不同湍流模型对泵内部流场的影响41-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第三章 迷宫螺旋泵的固-液和气-液两相流场的数值模拟44-60
• 3.1 两相流简介44
• 3.2 两相流数值模拟计算方法44-45
• 3.2.1 多相流模型的选择44-45
• 3.2.2 数值计算方法的选择45
• 3.3 固-液两相流数值模拟结果及分析45-50
• 3.3.1 压力分布45-47
• 3.3.2 速度分布47-48
• 3.3.3 颗粒直径和固相浓度对泵扬程的影响48-49
• 3.3.4 颗粒直径和固相浓度对泵水力效率的影响49-50
• 3.4 气-液两相流数值模拟结果及分析50-55
• 3.4.1 压力分布51-52
• 3.4.2 速度分布52-53
• 3.4.3 含气率分布53-55
• 3.5 气液两相流实验研究55-58
• 3.5.1 实验设备和实验方法55
• 3.5.2 水力性能分析55-56
• 3.5.3 迷宫泵气泡粒径的测量56-58
• 3.6 本章小结58-60
• 第四章 迷宫螺旋泵气-液-固三相流场的数值模拟60-72
• 4.1 气-液-固三相流简介和研究方法60
• 4.1.1 气-液-固三相流简介60
• 4.1.2 气-液-固三相流的研究方法60
• 4.2 气-液-固三相流数值仿真60-61
• 4.2.1 数值仿真方法60-61
• 4.2.2 基本假设61
• 4.3 数值仿真结果及分析61-70
• 4.3.1 压力分布62-64
• 4.3.2 速度分布64-65
• 4.3.3 浓度分布65-67
• 4.3.4 三相流中气相和固相的变化规律67-68
• 4.3.5 泵的水力性能分析68-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 基于流固耦合的泵转子静力学分析和模态分析72-88
• 5.1 ANSYS Workbench软件介绍72
• 5.1.1 ANSYS简介72
• 5.1.2 ANSYS Workbench概述72
• 5.2 静力学分析和模态分析理论72-74
• 5.2.1 静力学分析理论72-74
• 5.2.2 模态分析理论74
• 5.3 流固耦合计算的实现过程74-79
• 5.3.1 流固耦合问题的求解方法74-75
• 5.3.2 材料属性定义75-76
• 5.3.3 转子模型的导入和网格划分76-77
• 5.3.4 施加约束和载荷77-78
• 5.3.5 求解模型78-79
• 5.4 转子静力学模拟结果分析79-84
• 5.4.1 载荷对转子应力和变形的影响79-80
• 5.4.2 流量对转子应力和变形的影响80-84
• 5.5 转子模态模拟结果分析84-86
• 5.6 本章小结86-88
• 第六章 结论与展望88-92
• 6.1 结论88-90
• 6.2 展望90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 研究成果及发表的学术论文98-100
• 作者和导师简介100-101
• 附件101-102

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;螺旋泵[J];建筑技术通讯(给水排水);1977年01期

2 ;螺旋泵试制小结[J];建筑技术通讯(给水排水);1977年03期

3 张有忱;杨春玲;黎镜中;;迷宫螺旋泵气液两相流场的数值模拟及试验[J];排灌机械工程学报;2010年06期

4 王真杰;;内螺旋叶片螺旋泵[J];建筑技术通讯(给水排水);1982年03期

5 韩国军,朱毅征,赵振文;迷宫—螺旋泵的原理及工作特性[J];水泵技术;1995年03期

6 陆林广,张仁田;现代阿基米德螺旋泵简介[J];水泵技术;1996年03期

7 程群;M型富勒螺旋泵的调试[J];水泥工程;1997年06期

8 马润梅,黎镜中,段成红;迷宫螺旋泵的设计[J];流体机械;2002年03期

9 张林;梯形迷宫螺旋泵内部流动的数值模拟[J];石油机械;2005年10期

10 程群;M型富勒螺旋泵的调试[J];起重运输机械;1998年04期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 张培;马润梅;黎镜中;;新型节能复合齿型迷宫螺旋泵[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（上）[C];2009年

2 赵江平;徐德龙;肖国先;罗驹华;;连续输送仓式泵系统的研究开发[A];第六届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];2000年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马润梅;迷宫螺旋泵泵送机理及性能的CFD数值模拟和试验研究[D];北京化工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 张塞;迷宫螺旋泵多工况多介质数值模拟及其结构特性研究[D];北京化工大学;2016年

2 张宇;一种新型端面螺旋泵的分析与实验[D];燕山大学;2010年

3 李进付;梯形迷宫螺旋泵的设计理论、数值模拟与实验研究[D];江苏大学;2005年

4 郭亚男;迷宫螺旋泵几何参数对其性能影响的研究[D];北京化工大学;2008年

5 田国文;迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析[D];北京化工大学;2007年

6 李娇娇;串接组合式迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析[D];北京化工大学;2014年

7 李婷婷;矩形迷宫螺旋泵的理论设计、CFD数值计算及试验研究[D];江苏大学;2007年

8 邢岩;三角形迷宫螺旋泵的理论设计、CFD数值计算及试验研究[D];江苏大学;2006年

  本文关键词：迷宫螺旋泵多工况多介质数值模拟及其结构特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：306801