虹吸式轴流泵装置固液两相流数值模拟

发布时间：2021-10-09 14:14

　　为研究轴流泵输送含沙水流时的工作性能,基于Euler多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵装置内固液两相流动进行数值模拟。重点分析了0.8、1.0和1.2倍设计流量条件下轴流泵装置在含沙工况和清水工况的能量性能和流态差别。同时,进一步探究了不同固相颗粒直径和浓度对装置内部固液两相流动的影响规律。结果表明:同一流量条件下,含沙工况下的泵装置效率和扬程都比清水工况低,且导叶体和出水流道流态较清水工况差;随着固相颗粒直径的增加,叶轮叶片壁面处颗粒体积分数逐渐增大,且颗粒体积分布均匀性越差,固相颗粒主要集中于叶片压力面进口处及吸力面靠近轮缘处;而随着颗粒浓度的增大,叶片表面及导叶表面固相颗粒分布的均匀度变差,固相颗粒主要分布于靠近叶片压力面进口处、吸力面靠近轮缘处,导叶处流态变差。研究结果可为轴流泵装置的优化设计提供一定参考。 

【文章来源】：人民珠江. 2020,41(04)

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

轴流泵装置三维模型

整个计算模型包括进水流道、叶轮体、导叶体、出水流道4个计算域。采用ICEM软件进行网格划分,由于轴流泵装置结构比较复杂,采用适用性较强的非结构化网格对泵装置进行网格划分[10],泵壳与叶轮外缘之间的间隙流动忽略不计,对叶轮段和导叶段的网格进行了局部加密以捕获复杂流动特征,图2为轴流泵装置网格划分示意。为保证计算精度和效率,对计算域的网格无关性进行了验证。图3为不同网格数时泵装置效率,图中横坐标G表示网格数,纵坐标η表示效率。由图可知,当网格数目达到一定数量级以后,再增加网格数对数值模拟结果没有明显的影响,泵装置效率的相对差值在一个百分点以内。同时考虑到网格数目增加,对计算机资源的要求也将提高,导致资源浪费。因此,最终将全流道网格总数确定为380万左右,并将近壁边界层无量纲系数y+控制在300以内。泵装置各部分网格单元数及网格质量见表1。

为保证计算精度和效率,对计算域的网格无关性进行了验证。图3为不同网格数时泵装置效率,图中横坐标G表示网格数,纵坐标η表示效率。由图可知,当网格数目达到一定数量级以后,再增加网格数对数值模拟结果没有明显的影响,泵装置效率的相对差值在一个百分点以内。同时考虑到网格数目增加,对计算机资源的要求也将提高,导致资源浪费。因此,最终将全流道网格总数确定为380万左右,并将近壁边界层无量纲系数y+控制在300以内。泵装置各部分网格单元数及网格质量见表1。表1 网格单元数以及质量 部位 网格单元数 网格质量 进水流道 879 351 0.60 叶轮 976 891 0.30 导叶 905 612 0.35 出水流道 1 003 803 0.45 总计 3 765 657 —

【参考文献】：
期刊论文
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[2]固液两相流对离心泵压力脉动特性的影响[J]. 韩伟,刘慧娟,苏敏,权辉.  热能动力工程. 2017(08)
[3]多级离心泵内部固液两相流动及磨损特性[J]. 曹卫东,张忆宁,姚凌钧.  排灌机械工程学报. 2017(08)
[4]基于颗粒轨道模型的离心泵叶轮泥沙磨损数值预测[J]. 黄先北,杨硕,刘竹青,杨魏,黎耀军.  农业机械学报. 2016(08)
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[6]轴流泵固液两相数值模拟及磨损特性研究[J]. 林鹏,刘梅清,燕浩,吴远为.  华中科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
[7]螺旋轴流泵的固液两相流动数值模拟[J]. 朱荣生,林鹏,龙云,王振伟,习毅.  排灌机械工程学报. 2014(01)
[8]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)
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[10]离心泵叶轮固液两相流动及泵外特性数值分析[J]. 刘建瑞,徐永刚,王董梅,苏起钦.  农业机械学报. 2010(03)



本文编号：3426548