螺旋离心泵内气固液三相非定常流动的数值计算与分析
本文关键词:螺旋离心泵内气固液三相非定常流动的数值计算与分析
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【摘要】:螺旋离心泵是一种具有特殊结构的多相流泵,最初是为了港口输送鱼而开发,目前,在电力、冶金、石化、制药、食品加工、煤炭、造纸及河道疏浚、节能与环保、污水处理等领域广泛应用,其独特结构造就的优越性在应用过程中日益突现。这种泵具有螺旋泵和离心泵两者优点,当前已经成为重要的新型杂质泵。但目前对其还没有完善和成熟的设计方法,研究还不充分。为了直观准确的了解流体机械内部流场、对螺旋离心泵的内部流动进行更精确的描述,本课题进行了气固液三相非定常流动的数值模拟,以便为螺旋离心泵的设计及今后的三相流实验研究提供参考。 本课题对150×100LN-32型螺旋离心泵建立模型,采用Mixture多相流模型、PISO算法及滑移网格技术进行三相非定常模拟,获得了不同流量、气相浓度、固相浓度下外特性曲线和内部流场压力分布和速度矢量分布图。主要结论如下: 1.在一个周期内泵瞬时效率和瞬时扬程的曲线形状近似于正弦函数的曲线,并且两条曲线变化趋势几乎相同,叶轮旋转一周所承受的径向力近似呈椭圆分布。 2.随着流量的增大,蜗壳出口面的压力值降低;瞬时扬程最大值区域越来越宽,最大值越来越小;最大半径处转过隔舌不久,各工况下的扭矩值均达到一个周期的最大值,且流量越大扭矩值越大;蜗壳中截面压力和叶轮内部流线随着时刻和流量的不同发生相应变化。 3.在不同气相浓度下,工作面、背面的速度分布几乎不变:随着气体含量上升,泵瞬时扬程和瞬时效率在下降;径向力和扭矩在减小,而径向力的方向基本无变化。 4.随着固体含量上升,泵瞬时扬程、瞬时效率和径向力的变化情况与气相的变化趋势类似,但在相同体积分数的增加的情况下,固相使扬程和效率下降更快、值更小;叶轮工作面和背面上的最大压力值都在增大,最小压力值都在减小;气相分布呈高浓度区含量越高低浓度区含量越低趋势。
【关键词】:螺旋离心泵 气固液三相流 非定常 数值模拟 体积浓度
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TH311
【目录】:
- 摘要8-9
- ABSTRACT9-11
- 第1章 绪论11-21
- 1.1 研究背景及意义11-12
- 1.1.1 课题来源和名称11
- 1.1.2 课题意义11-12
- 1.2 多相流研究进展12-15
- 1.2.1 多相流特点12-13
- 1.2.2 多相流发展概况13-14
- 1.2.3 多相流的研究现状14
- 1.2.4 多相流的研究方法14-15
- 1.3 非定常流动的研究现状15-16
- 1.4 气固液三相流的研究现状16-18
- 1.5 螺旋离心泵的发展概况与研究现状18-20
- 1.5.1 螺旋离心泵的特点18-19
- 1.5.2 螺旋离心泵的理论研究19
- 1.5.3 螺旋离心泵的实验研究19-20
- 1.5.4 螺旋离心泵内部流场观测20
- 1.6 本课题主要研究内容概述20-21
- 第2章 CFD软件原理21-29
- 2.1 CFD模型的数值求解方法概述21
- 2.2 流场数值解法21-24
- 2.2.1 SIMPLE算法22
- 2.2.2 SIMPLEC算法22-23
- 2.2.3 PISO算法23-24
- 2.3 活动变形区域中的流动计算24-26
- 2.3.1 网格技术24-25
- 2.3.2 壁面函数和近壁模型25
- 2.3.3 离散格式25-26
- 2.4 多相流模型26-27
- 2.4.1 VOF模型26
- 2.4.2 MIXTURE模型26-27
- 2.4.3 EULER模型27
- 2.4.4 多相流模型选择的基本原则27
- 2.5 边界条件27-28
- 2.6 本章小节28-29
- 第3章 螺旋离心泵内气固液三相非定常流动的数值计算与分析29-39
- 3.1 螺旋离心泵三维模型的建立与网格的划分29-30
- 3.1.1 螺旋离心泵的设计参数和流体物性29
- 3.1.2 模型的基本假设29
- 3.1.3 网格划分29-30
- 3.1.4 建立模型30
- 3.1.5 边界条件30
- 3.2 额定工况下叶轮旋转一个周期的计算结果及分析30-33
- 3.2.1 泵扬程和效率一个周期内变化分析30-31
- 3.2.2 叶轮所受径向力在一个周期内的变化分析31-32
- 3.2.3 一个周期内不同时刻蜗壳中截面压力变化32-33
- 3.3 一个周期内不同时刻固相和气相的分布规律33-37
- 3.3.1 固相体积分数一个周期内不同时刻在叶轮工作面的分布33-34
- 3.3.2 气相体积分数一个周期内不同时刻在叶轮工作面的分布34-35
- 3.3.3 固相体积分数一个周期内不同时刻在叶轮背面的分布35-36
- 3.3.4 气相体积分数一个周期内不同时刻在叶轮背面的分布36-37
- 3.4 本章小节37-39
- 第4章 气固液三相流在不同流量下的数值计算与分析39-57
- 4.1 气固液三相流动在一个周期内不同流量下的外特性对比分析39-43
- 4.1.1 一个周期内蜗壳出口面压力在不同流量下的对比分析39-40
- 4.1.2 一个周期内叶轮所受扭矩在不同流量下的对比分析40-41
- 4.1.3 一个周期内瞬时扬程在不同流量下的对比分析41-42
- 4.1.4 一个周期内叶轮所受径向力在不同流量下的对比分析42-43
- 4.2 气固液三相流在一个周期内不同流量下的内特性对比分析43-56
- 4.2.1 压力在不同时刻不同流量下的对比分析43-48
- 4.2.2 气相浓度在不同时刻不同流量下的对比分析48-51
- 4.2.3 固相浓度在不同时刻不同流量下的对比分析51-55
- 4.2.4 内流场轴截面流线在不同时刻不同流量下的对比分析55-56
- 4.3 本章小结56-57
- 第5章 不同气相体积浓度下气固液三相流的数值计算与分析57-68
- 5.1 不同气相体积浓度下三相流瞬时扬程和瞬时效率的对比分析57-58
- 5.2 不同气相体积浓度下三相流叶轮所受径向力的对比分析58-59
- 5.3 不同气相体积浓度下三相流叶轮所受扭矩的对比分析59-60
- 5.4 不同气相体积浓度下三相流动在蜗壳壁面不同位置的压力分析60-62
- 5.5 不同气相体积浓度下三相流压力的对比分析62-63
- 5.6 不同气相体积浓度下三相流速度的对比分析63-65
- 5.7 同一固相浓度下气相体积浓度的分布65-66
- 5.8 本章小结66-68
- 第6章 不同固相体积浓度下气固液三相流动的数值计算与分析68-76
- 6.1 不同固相体积浓度下三相流瞬时扬程和瞬时效率的对比分析68-69
- 6.2 不同固相体积浓度下三相流叶轮所受径向力的对比分析69-70
- 6.3 不同固相体积浓度下三相流叶轮所受扭矩的对比分析70-71
- 6.4 不同固相体积浓度下三相流压力的对比分析71-72
- 6.5 不同固相体积浓度下三相流动速度的对比分析72-73
- 6.6 同一气相浓度下固相浓度分布和不同固相浓度下气相浓度分布73-75
- 6.7 本章小结75-76
- 结论与展望76-78
- 结论76
- 展望76-78
- 参考文献78-83
- 致谢83-84
- 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录84
【参考文献】
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2 马薇;螺旋离心泵内固液两相非定常流动的数值计算与分析[D];兰州理工大学;2012年
,本文编号:690779
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