渣浆泵叶轮内两相湍流数值模拟及磨损特性分析

发布时间：2017-08-10 19:13

  本文关键词：渣浆泵叶轮内两相湍流数值模拟及磨损特性分析

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【摘要】：离心式渣浆泵广泛应用于水利、冶金、采矿、煤炭和能源电力等行业,是输送固液混合浆体的关键设备。固液两相流体中的固体颗粒会对渣浆泵的叶轮等过流部伯产生严重磨损,从而导致渣浆性能能的急剧下降，，甚至造成过流部件过早失效而报废。由于三维流场中固液两相流体的流动状况以及过流部件磨损机理都极其复杂,对于渣浆泵内固体颗粒运动规律及过流部件磨损特性的研究,主要依赖费用昂贵、柔性差,操作复杂的实验手段完成。近年来,基于CFD的数值模拟技术成为分析渣浆泵内部流场及磨损特性的最有效手段。 本文以150ZGB型渣浆泵某子型号泵叶轮为模型,应用多流体模型和单颗粒动力学模型,对变工况下叶轮内固液两相湍流场进行数值模拟,研究固相初始浓度、固相粒径、混合物流量以及叶轮转速对颗粒浓度分布、速度场分布、颗粒运动轨迹和冲蚀特性的影响。研究结果表明：随着粒径增大,颗粒向压力面和后盖板聚集的趋势越明显,固液两相的速度滑移也越大；不同固相初始浓度对叶轮内颗粒的数量和磨损行为影响明显,随着固相初始浓度的增大,颗粒容易聚集区域的磨粒数会随之增加；叶轮转速降低为740rpm后,叶轮对颗粒适应性更好,颗粒运动轨迹与叶片翼型更贴近；叶片压力面从中部延伸至出口的区域磨损最为严重,可通过降低转速和增大进口流速减轻磨损,并且应尽量避免该渣浆泵在小流量工况下运行。 本文研究成果有助于揭示渣浆泵叶轮内固液流场中过流部件的冲蚀磨损规律,指导过流部件的抗磨优化设计,提高其抗磨性能并延长使用寿命,对于丰富渣浆泵的设计理论具有重要意义。
【关键词】：渣浆泵 叶轮 两相湍流场 数值模拟 磨损特性
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 绪论7-21
• 1.1 课题研究目的和意义7-9
• 1.2 离心式渣浆泵研究概况9-19
• 1.2.1 渣浆泵设计理论发展概况9-15
• 1.2.2 两相流数值模拟理论发展概况15-19
• 1.3 课题研究的主要内容及方法19-21
• 第二章 流场数值计算理论及方法21-35
• 2.1 计算流体动力学概述21-23
• 2.2 单相湍流数值模拟23-28
• 2.2.1 叶轮内流体流动控制方程的简化23-24
• 2.2.2 单相湍流数值模拟方法24-27
• 2.2.3 湍流流动的近壁处理27-28
• 2.3 多流体模型中的离散相湍流模型28-29
• 2.4 单颗粒动力学模型中的颗粒轨道计算29-30
• 2.5 CFD数值模拟理论30-34
• 2.5.1 有限体积法30-31
• 2.5.2 插值方式31-32
• 2.5.3 流场计算方法32-33
• 2.5.4 Fluent软件介绍33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 计算域网格划分35-41
• 3.1 网格单元类型及非结构网格生成方法介绍35-37
• 3.2 ICEM CFD软件介绍37
• 3.3 几何模型处理37-38
• 3.4 网格生成过程38-39
• 3.5 网格无关性验证39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 数值模拟及磨损特性分析41-61
• 4.1 叶轮设计参数及模拟工况参数41-42
• 4.2 边界条件设置42-44
• 4.2.1 多流体模型中边界条件设置43-44
• 4.2.2 单颗粒动力学模型中边界条件设置44
• 4.3 设置监测器和收敛因子44
• 4.4 固相浓度场分析44-50
• 4.4.1 固相粒径对固相浓度场的影响44-48
• 4.4.2 固相初始浓度对固相浓度场的影响48-50
• 4.5 相对速度场分析50-56
• 4.5.1 固相粒径对相对速度场的影响51-53
• 4.5.2 流量对相对速度场的影响53-55
• 4.5.3 转速对相对速度场的影响55-56
• 4.6 颗粒运动轨迹分析56-59
• 4.7 磨损情况预测59-60
• 4.8 本章小结60-61
• 第五章 研究结论与展望61-63
• 5.1 研究结论61
• 5.2 展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-69
• 附录 攻读硕士期间发表学术论文69

【参考文献】

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1 王琳,宋益群,许洪元,吴玉林;数字图象处理技术在离心叶轮固液两相流浓度分析中的应用[J];流体工程;1993年12期

2 何希杰,李淑红,寇玉芬;渣浆泵快速磨损试验研究[J];水泵技术;2004年05期

本文编号：652200