固液两相流凸轮转子泵内部流场数值模拟

发布时间：2017-05-20 03:03

  本文关键词：固液两相流凸轮转子泵内部流场数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：凸轮转子泵属于典型的容积式的回转机械。现已广泛应用于石油化工、日用化工、环保、造纸、制药、冶金等多个领域。而在这些应用中输送的介质往往是多相流且介质中往往含有大量的颗粒,这些颗粒可能会对泵内部的部件造成磨损。通常把不同相的流体混合在一起(两种或两种以上)的流动称为多相流,其流动性要比单向流复杂得多。所以,为了更深一步地了解凸轮转子泵内部流场规律,就必须对输送多相流介质的内部流场进行研究。 本文采用数值模拟来分析凸轮转子泵内部固液两相流动的规律,建立了凸轮转子泵的流道计算模型,使用FLUENT软件分别对凸轮转子泵在输送清水介质和两相流介质下的内部流场进行数值模拟。对比分析了在旋转一个周期内输送清水介质和两相流介质泵内部压力场和速度场的分布情况以及不同颗粒浓度和颗粒直径大小对固液凸轮转子泵内部流场的影响,为日后实验提供了理论依据。 本文的工作主要如下： 1.详细论述了国内外学者关于凸轮转子泵的发展状况以及固液两相流方面的相关研究概况。 2.把简化的三维计算模型导入ICEM软件进行网格划分,并进行网格光顺,使得网格满足后续计算要求。之后把网格文件导入FLUENT软件,采用RNG k-ε湍流模型、PISO算法和耦合隐式求解器,压力项采用PRESTO!格式离散,其余采用二阶精度的格式离散的方法。 3.运用AUTOCAD软件精确地绘制了凸轮转子泵转子的二维模型,导入PROE软件进行转子的三维造型,最后绘制出出入、口和泵外壳。导入ICEM专业划分网格软件进行网格划分。最后将划分完毕的mesh文件导入到FLUENT里进行清水和含颗粒水模拟分析,并进行对比分析。 4.通过数值模拟得出了在输送两相流介质时,一个周期内随着颗粒直径和浓度的变化,泵内壁及转子表面的磨损类型会发生改变。随着颗粒直径和颗粒浓度增加,磨损类型由滑动磨损慢慢转变为冲击磨损,加剧了内壁及转子表面的磨损。尤其是在大直径、高浓度颗粒下,转子齿顶和啮合处附近会有局部磨损的现象,为进一步深入研究固液凸轮转子泵磨损机理以及优化提供了参考。
【关键词】：凸轮转子泵 两叶转子 清水介质 固液两相流介质 动网格 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】：2014
【分类号】：TH326
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题研究的来源、背景14
• 1.1.1 课题研究来源14
• 1.1.2 课题研究的背景14
• 1.2 凸轮转子泵的研究现状14-15
• 1.3 固液两相流研究概况15-19
• 1.3.1 单颗粒动力学模型17
• 1.3.2 颗粒轨迹模型17
• 1.3.3 扩散模型17-18
• 1.3.4 悬浮液模型18
• 1.3.5 单流体模型18
• 1.3.6 双流体模型18-19
• 1.4 国内外研究现状19-20
• 1.4.1 国外固液两相流的相关研究19-20
• 1.4.2 国内固液两相流的相关研究20
• 1.5 本论文的研究内容20
• 1.6 本章小结20-21
• 第2章 凸轮转子泵几何模型的建立21-30
• 2.1 凸轮转子泵简介21-23
• 2.1.1 凸轮转子泵的结构特点21-23
• 2.1.2 凸轮转子泵的工作原理23
• 2.2 数学模型的建立23-27
• 2.2.1 转子型线的设计23-26
• 2.2.2 泵外壳的设计26-27
• 2.3 转子干涉检测27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 凸轮转子泵内部流场计算建模与网格生成30-38
• 3.1 内部流场计算模型的网格划分30-34
• 3.1.1 网格划分技术简述30-33
• 3.1.3 ICEM-CFD网格建立过程33-34
• 3.2 模型的导入34-37
• 3.2.1 出入、口区域的网格划分34-35
• 3.2.2 简化旋转流场部分并进行网格划分35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 凸轮转子泵内部流场的数值模拟38-57
• 4.1 CFD计算软件FLUENT简介38-39
• 4.2 体类型设定39
• 4.3 统一单位39
• 4.4 网格检查39
• 4.5 平滑和交换网格39-40
• 4.6 边界类型设定40-41
• 4.6.1 进出口边界40
• 4.6.2 壁面边界40-41
• 4.7 求解器与计算模型的确定41-43
• 4.7.1 求解器的选择41-42
• 4.7.2 确定计算模型42-43
• 4.8 基于FLUENT软件的内部流场分析43-46
• 4.8.1 CFD基本控制方程44-46
• 4.9 多相流模型的选取和比较46-47
• 4.9.1 VOF模型46-47
• 4.9.3 Eulerian模型47
• 4.10 本文应用的多相流模型47-49
• 4.10.1 动静部件耦合模型48-49
• 4.10.2 数值计算的各项参数49
• 4.11 定义材料49-50
• 4.12 定义相50-51
• 4.13 轮廓UDF文件的选择51-52
• 4.14 动网格介绍及其设置52-54
• 4.15 定义离散方法54-55
• 4.16 计算的初始化和迭代55
• 4.17 收敛标准55
• 4.18 计算结果后处理55
• 4.19 本章小结55-57
• 第5章 数值模拟结果及分析57-74
• 5.1 输送清水时泵的内特性57-59
• 5.1.1 速度场57-59
• 5.1.2 压力场59
• 5.2 输送固液两相介质对泵性能研究59-73
• 5.2.1 颗粒浓度对泵性能影响60-66
• 5.2.2 不同颗粒直径下结果分析66-73
• 5.3 本章小结73-74
• 结论与展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：380494