双叶片泵内固液两相流数值计算与试验测试

发布时间：2017-06-14 23:08

  本文关键词：双叶片泵内固液两相流数值计算与试验测试，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：固液两相流泵送广泛应用于电力、环保、食品及采矿等行业。随着深海采矿和填海造岛等新兴领域的发展需要,传统的细颗粒固液两相流研究已无法满足当前粗颗粒泵送系统的设计要求。因此目前在加强泵内细颗粒固液两相流研究的同时,迫切需要开展泵内粗颗粒固液两相流的研究,以进一步丰富和完善固液两相流泵的设计方法和理论。本文以一台比转速111的双叶片泵为研究对象,较为全面系统地研究了泵内细颗粒固液两相流和粗颗粒固液两相流的流动机理,初步揭示了不同颗粒在泵内的运动轨迹和浓度分布及其对泵性能的影响。鉴于数值计算和试验测试各自的优点和不足,本文采用CFD计算方法研究泵内细颗粒固液两相流运动,采用高速摄影试验研究泵内粗颗粒固液两相流运动。本文主要研究成果如下:1、较为系统地总结了国内外双叶片泵、泵内固液两相流动数值计算、粗颗粒固液两相流动试验测试等方面的研究现状。2、在对泵内颗粒受力分析的基础上,分别建立了细颗粒和粗颗粒在泵内的运动方程,并对比分析了二者运动方程间的差异。3、采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型对双叶片泵内细颗粒固液两相流进行了非定常数值计算,研究了流量和颗粒物性参数(粒径、密度和体积分数)对双叶片泵内压力脉动和叶轮径向力特性的影响。数值计算结果表明:(1)颗粒的加入对泵内压力脉动特性影响较为明显,蜗壳周向各监测点平均压力脉动随着颗粒密度或颗粒体积分数的增大逐渐增大。输送固液两相流时,选择合适的颗粒粒径、颗粒密度或颗粒体积分数均能适当减小泵内压力脉动。(2)不同流量下,颗粒的加入均增大了泵内叶轮径向力峰值及其峰峰值,最大增幅分别为7.82%和8.21%。4、搭建了双叶片泵能量性能及粗颗粒运动可视化的同步测量试验台,实现了不同颗粒物性参数下双叶片泵能量性能,泵内单颗粒运动规律、颗粒群分布规律、颗粒碰撞及颗粒过泵时间规律的同步采集。测试结果表明:(1)颗粒物性参数对双叶片泵能量性能影响较小。(2)颗粒粒径或颗粒密度越大,单颗粒相对运动偏向叶片工作面的趋势越明显。(3)叶轮内颗粒群主要分布在叶片工作面附近,而蜗壳内各断面处颗粒群分布差异明显。(4)密度较小(ρs=1.09g/cm3)的颗粒撞击隔舌的位置大多发生在隔舌左侧,而密度较大的(ρs=1.75g/cm3)颗粒撞击隔舌的位置则主要在隔舌顶端和隔舌右侧。(5)粗颗粒平均过泵时间随颗粒密度的增大逐渐变短,颗粒密度由1.09g/cm3到1.75g/cm3时,粗颗粒平均过泵时间缩短了22.7%。
【关键词】：双叶片泵 固液两相流 颗粒运动 数值计算 高速摄影
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38;O359
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 双叶片泵研究现状12-14
• 1.2.2 泵内固液两相流动数值计算的研究14-16
• 1.2.3 粗颗粒固液两相流动的试验研究16-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 第二章 泵内颗粒受力模型18-22
• 2.1 颗粒受力模型18-21
• 2.2 颗粒运动方程21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 双叶片泵内细颗粒固液两相流数值计算22-44
• 3.1 研究模型22-25
• 3.1.1 模型参数和结构22-23
• 3.1.2 三维造型及网格划分23-25
• 3.2 数值计算方法25-28
• 3.2.1 固液两相流动控制方程25-26
• 3.2.2 固液两相流动湍流模型26-27
• 3.2.3 多相流模型和边界条件设定27-28
• 3.2.4 研究方案28
• 3.3 CFD结果验证28-30
• 3.4 压力脉动分析30-39
• 3.4.1 不同流量下蜗壳周向压力脉动31-33
• 3.4.2 不同颗粒物性下蜗壳周向压力脉动33-34
• 3.4.3 隔舌附近各监测点压力脉动34-39
• 3.5 径向力特性分析39-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 双叶片泵内粗颗粒固液两相流试验44-80
• 4.1 试验模型与测试系统44-48
• 4.1.1 试验模型泵44
• 4.1.2 试验用颗粒44-45
• 4.1.3 试验台45-46
• 4.1.4 外特性数据采集系统46
• 4.1.5 高速摄影拍摄系统46-48
• 4.2 试验方案及试验步骤48-49
• 4.2.1 试验方案48-49
• 4.2.2 试验步骤49
• 4.3 高速摄影图像的后处理方法49-54
• 4.3.1 颗粒运动轨迹的获取50-52
• 4.3.2 颗粒运动速度的获取52-54
• 4.4 双叶片泵能量性能分析54-56
• 4.5 单颗粒运动轨迹分析56-61
• 4.5.1 不同粒径时颗粒运动轨迹56-59
• 4.5.2 颗粒密度对运动轨迹的影响59-61
• 4.6 单颗粒运动速度分析61-65
• 4.6.1 颗粒运动速度的大小62-63
• 4.6.2 颗粒运动速度的分布63-65
• 4.7 颗粒群在泵中分布特性65-69
• 4.7.1 颗粒群在泵内分布随时间的变化65-67
• 4.7.2 浓度对颗粒群分布的影响67-68
• 4.7.3 颗粒密度对颗粒群混输特性的影响68
• 4.7.4 颗粒粒径对颗粒群混输特性的影响68-69
• 4.8 颗粒碰撞特性69-73
• 4.9 颗粒物性对过泵时间的影响73-79
• 4.9.1 粒径对颗粒过泵时间的影响74-76
• 4.9.2 密度对颗粒过泵时间的影响76-79
• 4.10 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 工作总结80-81
• 5.2 研究展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果87-88
• 一、论文发表87
• 二、专利申请87
• 三、参加科研项目87-88
• 四、已获奖项及成果88

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