固液两相离心泵管路系统磨损研究
发布时间：2021-04-11 23:37
离心泵管路系统由于结构简单,体积小,而且流量稳定,性能范围广等优点,因而成为海底采矿过程中的矿物提升系统中的优选动力提供设备,但是在介质输送过程中,流动介质对过流壁面的磨损是一个无法避免的问题。本文考虑到大颗粒流动中不可忽略的颗粒-颗粒、颗粒-壁面间作用,采用CFD-DEM相结合方法,对一台单级单吸式固液两相流离心泵及其管路系统进行了数值模拟和实验研究。实验中采用油漆涂层法观测磨损位置和超声波测厚法测量壁面厚度损失,测量实验系统在不同颗粒质量浓度下（Cm=1%～Cm=10%）性能变化,实验选用颗粒直径3 mm,两相流介质流量70 m3/h。主要研究结果如下:（1）离心泵性能会受到流动介质属性影响,当颗粒质量分数增大时,离心泵扬程和效率下降明显,但是轴功率变化缓慢,呈轻微的先上升再下降的趋势,这是由于颗粒密度高,流动性差,输送颗粒需要更多的能量,同时颗粒影响了离心泵内的流场分布,使泵内部分区域涡尺寸和数量都增大,导致泵的整体性能下降。（2）离心泵叶片工作面和蜗壳6-7断面之间区域磨损最为严重,而且叶轮、蜗壳及前后耐磨板瞬时厚度损失率均随着叶轮旋转周期性变化。当叶片旋转至蜗壳5-6断面上方...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１某水力提升采矿系统示意图??Ｉ??
浙江理工大学硕士学位论文?固液两相离心泵管路系统磨损研究??泵部件磨损??丨?［丨?－－；??；?叶轮调节丨，．离心栗水力性能；；／?ｍｍｍ．?；??ｉ??＼?＼?；?／?颗粒ｈ性??电机?１＼?．?；?：＼?—?｜??｜?功率＆转速?／?；丨?离心泵材质?：、?操作压力，流故??ｉ丨设计丨Ｚ?｜?ｉ?｜福作ｉ?；?ｉ?＼丨流程丨｜??图１．２离心泵磨损影响因素??在目前很多实际工程中，固液两相中大颗粒流动工况居多，但是大颗粒运动与过流壁??面之间的关系与小颗粒不同，其研宄难度更高。Ｓａｌａｈ?Ｚｏｕａｏｉｉ１１６１通过实验研宄了大颗粒在??水平管道内的流动情况，研究者通过改变颗粒材料、粒径和浓度对固体输运过程中的重要??参数（压力、速度等）进行了实验测试。发现压力梯度力与混合速度之间的关系与纯液体流??动的关系存在显著差异。Ｒａｖｅｌｅｔ１１７１对５ｍｍ以上的大型固体颗粒在水平管内的水力输送进??行了实验研究，将实验结果与基于质量和动量平衡的一维模型进行了比较，而且类比提出??大颗粒在垂直管道中的流动模型，并与文献中实验数据进行了对比。Ｌｉｌ｜８）对弯管内３ｍｍ??大粒径颗粒进行了磨损实验，并使用离散单元法得到了流场和颗粒的运动的关系，揭示磨??损形成机理，结果表明磨损程度伴随颗粒质量浓度同步增大，但是达到某一定值之后，由??于颗粒在壁面形成保护层而磨损速率保持不变。Ｔａｎ１１９１等人采用高速摄像技术，对双叶片??泥浆泵内的大颗粒单颗粒运动规律进行了跟踪。分析了粒子直径和粒子密度对粒子通过和??碰撞特性的影响。结果表明，随着颗粒直径的增大，通过离心泵时间的平均值先减小后增??大，不同
浙江理工大学硕士学位论文?固液两相离心泵管路系统磨损研宄??宄。郭豹［６４］研宄了管径的突然扩大的突扩管，对一竖直突扩管的两相流进行数值模拟，基??于拉格朗日颗粒追踪法对颗粒的轨迹进行预测，对比文献中的试验结果，对三种常见的磨??损预测模型的磨损预测效果进行评估分析。??１．３本文研宄内容??固液两相离心泵管路系统是深海采矿系统中必不可少的设备之…，在输送浆料过程中，??过流部件的磨损无法避免，设备磨损造成的设备稳定性下降和频繁检修不利于连续生产。??针对以上问题，本文对一台固液两相离心泵及其管路系统进行了研究，分析了离心栗性能??变化，颗粒流动过程及壁面磨损规律。实验采用了油漆涂层法观测磨损位置及超声波测厚??法测量厚度损失；数值计算运用ＣＦＤ－ＤＥＭ耦合方法，ＦＬＵＥＮＴ?（ＣＦＤ）软件用于计算流??场分布，ＥＤＥＭ?（ＤＥＭ）用于计算颗粒运动及其对壁面造成的磨损。探索离心泵及管路中??内大颗粒流动规律及其对离心泵性能和磨损影响，揭示磨损机理，为固液两相离心泵的降??耗减损和优化设计提供理论依据。??研宂／／案????Ｉ????１．?＂???＇＂Ｉ??实验研宂?｜数值模拟??＼?｜??外特ｔｉ实验?——￣?——＾￣?ｒ—＾???Ｉ?赌损实验?Ｆｌｕｅｎｔ?Ｅｄｅｍ?????「?＋?＇?ｃ＊?ｔ?￣ＣＦＤ－ＤＥＭ??Ｗ水性能实验两相流性能实验??一?Ｑ，?Ｃｍ?｜?，?：：?：１??同液两相流动尚心泵及其管路系统壁而磨损??图１．３研宄方案??９??
本文编号：3132166
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１某水力提升采矿系统示意图??Ｉ??
浙江理工大学硕士学位论文?固液两相离心泵管路系统磨损研究??泵部件磨损??丨?［丨?－－；??；?叶轮调节丨，．离心栗水力性能；；／?ｍｍｍ．?；??ｉ??＼?＼?；?／?颗粒ｈ性??电机?１＼?．?；?：＼?—?｜??｜?功率＆转速?／?；丨?离心泵材质?：、?操作压力，流故??ｉ丨设计丨Ｚ?｜?ｉ?｜福作ｉ?；?ｉ?＼丨流程丨｜??图１．２离心泵磨损影响因素??在目前很多实际工程中，固液两相中大颗粒流动工况居多，但是大颗粒运动与过流壁??面之间的关系与小颗粒不同，其研宄难度更高。Ｓａｌａｈ?Ｚｏｕａｏｉｉ１１６１通过实验研宄了大颗粒在??水平管道内的流动情况，研究者通过改变颗粒材料、粒径和浓度对固体输运过程中的重要??参数（压力、速度等）进行了实验测试。发现压力梯度力与混合速度之间的关系与纯液体流??动的关系存在显著差异。Ｒａｖｅｌｅｔ１１７１对５ｍｍ以上的大型固体颗粒在水平管内的水力输送进??行了实验研究，将实验结果与基于质量和动量平衡的一维模型进行了比较，而且类比提出??大颗粒在垂直管道中的流动模型，并与文献中实验数据进行了对比。Ｌｉｌ｜８）对弯管内３ｍｍ??大粒径颗粒进行了磨损实验，并使用离散单元法得到了流场和颗粒的运动的关系，揭示磨??损形成机理，结果表明磨损程度伴随颗粒质量浓度同步增大，但是达到某一定值之后，由??于颗粒在壁面形成保护层而磨损速率保持不变。Ｔａｎ１１９１等人采用高速摄像技术，对双叶片??泥浆泵内的大颗粒单颗粒运动规律进行了跟踪。分析了粒子直径和粒子密度对粒子通过和??碰撞特性的影响。结果表明，随着颗粒直径的增大，通过离心泵时间的平均值先减小后增??大，不同
浙江理工大学硕士学位论文?固液两相离心泵管路系统磨损研宄??宄。郭豹［６４］研宄了管径的突然扩大的突扩管，对一竖直突扩管的两相流进行数值模拟，基??于拉格朗日颗粒追踪法对颗粒的轨迹进行预测，对比文献中的试验结果，对三种常见的磨??损预测模型的磨损预测效果进行评估分析。??１．３本文研宄内容??固液两相离心泵管路系统是深海采矿系统中必不可少的设备之…，在输送浆料过程中，??过流部件的磨损无法避免，设备磨损造成的设备稳定性下降和频繁检修不利于连续生产。??针对以上问题，本文对一台固液两相离心泵及其管路系统进行了研究，分析了离心栗性能??变化，颗粒流动过程及壁面磨损规律。实验采用了油漆涂层法观测磨损位置及超声波测厚??法测量厚度损失；数值计算运用ＣＦＤ－ＤＥＭ耦合方法，ＦＬＵＥＮＴ?（ＣＦＤ）软件用于计算流??场分布，ＥＤＥＭ?（ＤＥＭ）用于计算颗粒运动及其对壁面造成的磨损。探索离心泵及管路中??内大颗粒流动规律及其对离心泵性能和磨损影响，揭示磨损机理，为固液两相离心泵的降??耗减损和优化设计提供理论依据。??研宂／／案????Ｉ????１．?＂???＇＂Ｉ??实验研宂?｜数值模拟??＼?｜??外特ｔｉ实验?——￣?——＾￣?ｒ—＾???Ｉ?赌损实验?Ｆｌｕｅｎｔ?Ｅｄｅｍ?????「?＋?＇?ｃ＊?ｔ?￣ＣＦＤ－ＤＥＭ??Ｗ水性能实验两相流性能实验??一?Ｑ，?Ｃｍ?｜?，?：：?：１??同液两相流动尚心泵及其管路系统壁而磨损??图１．３研宄方案??９??
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