基于DPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

发布时间：2017-09-04 01:38

  本文关键词：基于DPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

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【摘要】：螺旋离心泵是将螺旋泵和离心泵结合起来形成的一种新型固液两相流泵,广泛应用于水利、矿山、化工、电力、土建、环保等工业部门,其独特的叶轮结构充分发挥了两者的优点。相比于其他固液两相流泵,螺旋离心泵具有无堵塞性能好、效率高、功率曲线平坦等优点,现已成为输送固液两相介质的关键设备。固液两相流中固体颗粒的存在及其对螺旋离心泵过流部件的磨蚀行为,导致螺旋离心泵在运行过程中存在效率低,噪声大,过流部件使用寿命短等突出问题,造成设备和能源的浪费。我国对固液两相流泵的研究始于20世纪80年代初,与同类国外产品相比,国内的固液两相流泵效率低出5%~15%,泵的使用寿命低10%~50%。目前国内外针对固液两相流泵的磨蚀研究主要采用Mixture双流体模型和离散相模型,但这两种模型均具有自身的局限性。Mixture双流体模型主要从固相体积分布来判断泵过流部件的磨蚀情况,但并不能定量的计算出磨蚀量;离散相模型不考虑粒子对连续流体运动的影响,所以只适用于固相体积分数不大于10%的情况,且颗粒直径通常选用等值分布方法。本文基于固液两相三维湍流理论,结合计算流体动力学数值计算方法,针对不同工况的固液两相流选用不同模型,定性分析了泵的磨损部位,定量计算出泵过流部件的磨损量,为改善螺旋离心泵的性能提供理论依据。论文主要研究内容和成果如下:1.基于离散相模型(DPM),分析了不同流量、不同颗粒密度及不同固相体积分数工况下螺旋离心泵叶片工作面的磨蚀规律及对应流场情况。2.基于DPM,分析了固相体积分数较低(10%-12%),颗粒直径恒定工况下泵过流部件的压力分布和速度分布。3.将Euler模型与DPM相结合分析了固相体积分数巨大、非等粒径分布工况下过流部件的磨蚀规律及磨蚀量,并与基于Mixture双流体模型的颗粒体积分布进行对比分析,验证了应用离散相模型模拟过流部件磨蚀规律的可行性。4.定量分析螺旋离心泵输送固液两相介质并发生磨蚀行为过程中内流场的非定常流动特性,在蜗壳的中截面及隔舌位置设置压力监测点,从压力时域分布得到隔舌处的脉动现象及幅值大小,并从压力频域分布得到蜗壳中截面各监测点的脉动现象及幅值大小和范围。
【关键词】：螺旋离心泵 固液两相流 性能预测 磨蚀特性 数值模拟
【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
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源及名称10
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题名称10
• 1.2 研究背景及意义10-11
• 1.3 螺旋离心泵相关理论及国内外研究现状11-14
• 1.3.1 螺旋离心泵设计理论与研究方法12-13
• 1.3.2 螺旋离心泵内部流动及外特性研究13-14
• 1.4 固液两相流泵相关理论及国内外研究现状14-15
• 1.5 固液两相流泵磨损理论研究进展15
• 1.6 本文主要工作概述15-17
• 第2章 螺旋离心泵固液两相湍流数学模型17-22
• 2.1 固液两相流体及螺旋离心泵的基本参数17
• 2.2 螺旋离心泵输送固液两相流的基本方程17-21
• 2.2.1 Mixture双流体模型的连续性方程和动量方程18
• 2.2.2 DPM的相关理论及基本方程18-21
• 2.2.3 DDPM的相关理论21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 螺旋离心泵全流道三维几何建模及网格划分22-26
• 3.1 螺旋离心泵全流道三维几何模型构建22-23
• 3.1.1 螺旋离心泵叶轮几何建模22
• 3.1.2 螺旋离心泵蜗壳几何建模22-23
• 3.1.3 螺旋离心泵吸水室几何建模23
• 3.1.4 螺旋离心泵整机几何模型组建23
• 3.2 螺旋离心泵全流道三维网格处理及数值求解方法23-25
• 3.2.1 利用ICEM对螺旋离心泵整机三维模型进行网格划分的主要步骤24-25
• 3.2.2 螺旋离心泵控制方程的离散化及流场数值计算方法25
• 3.3 本章小结25-26
• 第4章 基于DPM的螺旋离心泵定常数值模拟结果与分析26-42
• 4.1 螺旋离心泵的外特性及内部流动情况分析26-30
• 4.1.1 清水及固液两相流的外特性对比分析26-27
• 4.1.2 变流量工况下螺旋离心泵内部流动特性分析27-28
• 4.1.3 变颗粒密度工况下螺旋离心泵内部流动特性分析28-29
• 4.1.4 变离散相体积分数工况下螺旋离心泵内部流动特性分析29-30
• 4.2 基于DPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析30-36
• 4.2.1 变流量清水工况下螺旋离心泵的压力分布31-32
• 4.2.2 变流量固液两相工况下螺旋离心泵的压力分布32-34
• 4.2.3 变离散相粒径工况下螺旋离心泵的压力分布34-35
• 4.2.4 变离散相密度工况下螺旋离心泵的压力分布35-36
• 4.3 基于DDPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析36-41
• 4.3.1 混合粒径对螺旋离心泵过流部件的磨蚀影响36-38
• 4.3.2 离散相体积分数对螺旋离心泵过流部件的磨蚀影响38-40
• 4.3.3 Mixture模型下颗粒在过流部件表面的体积分数分布情况40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 基于DPM的螺旋离心泵非定常数值模拟结果与分析42-49
• 5.1 不同流量对螺旋离心泵过流部件的磨蚀影响42-43
• 5.2 不同离散相粒径对螺旋离心泵过流部件的磨蚀影响43-45
• 5.3 不同流量对蜗壳压力脉动的影响45-48
• 5.4 本章小结48-49
• 第6章 结论与展望49-51
• 6.1 主要结论49
• 6.2 课题研究方向展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 附录A 攻读学位期间公开发表的论文56

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本文编号：788618