多级混流扬矿泵内粗颗粒固液两相流数值模拟研究
发布时间：2022-10-19 11:15
进入21世纪以来,随着经济的快速发展,人类对自然资源的需求量愈来愈大。目前,陆地矿产资源已无法满足社会发展的需要,各国在资源利用方面都逐步向海洋进军。覆盖地球表面71%的海洋蕴藏丰富的矿藏资源,如多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等,都是人类21世纪的接替资源。因此,加强深海矿产资源的开发,对缓解我国矿产资源的供给压力、增加我国的战略资源保障程度有着极为重大的意义。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法对多级混流扬矿泵内粗颗粒固液两相流进行了研究,分析了不同流量、不同浓度和不同粒径下泵内粗颗粒固液两相流的内流特性、磨损特性以及颗粒运动特性。论文的主要工作和主要结论如下:1、总结了国内外深海采矿技术的发展现状以及固液两相流泵的试验测试及数值计算的研究现状。2、采用速度系数法对扬矿泵叶轮和空间导叶等过流部件进行了水力设计,并采用有机玻璃加工制造了透明的叶轮和空间导叶;搭建了扬矿泵固液两相流可视化试验系统并对扬矿泵进行了能量性能试验,试验结果表明设计工况下扬程为20.20 m、效率为64.88%;1.4Qd为最优工况点,效率为68.03%。3、采用离散相模型（DPM）对...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 深海矿产开采技术的发展现状
1.2.2 固液两相流泵试验研究现状
1.2.3 粗颗粒固液两相流的试验研究
1.2.4 固液两相流泵的数值模拟研究
1.3 主要研究内容
第二章 扬矿模型泵水力设计及试验
2.1 设计参数和要求
2.2 叶轮水力设计
2.3 空间导叶水力设计
2.4 模型泵及试验台
2.4.1 扬矿模型泵
2.4.2 试验台
2.4.3 外特性采集系统
2.5 能量性能分析
2.6 本章小结
第三章 扬矿泵内固液两相流数值模拟
3.1 研究模型
3.1.1 模型泵参数和结构
3.1.2 三维造型及网格划分
3.2 计算模型与边界设置
3.2.1 固液两相流动控制方程
3.2.2 计算设置和研究方案
3.3 扬矿泵固液两相内流特性分析
3.3.1 外特性模拟验证
3.3.2 不同流量下的内流分布
3.3.3 不同颗粒浓度下的内流分布
3.3.4 不同颗粒直径下的内流分布
3.4 本章小结
第四章 扬矿泵内粗颗粒磨损特性研究
4.1 磨损模型及设置
4.1.1 Oka磨损模型介绍
4.1.2 计算设置和方案
4.2 基于离散相模型的磨损特性分析
4.2.1 不同流量下的磨损特性
4.2.2 不同颗粒浓度下的磨损特性
4.2.3 不同颗粒直径下的磨损特性
4.3 本章小结
第五章 基于CFD-DEM的扬矿泵内颗粒运动特性研究
5.1 计算模型及设置
5.1.1 FLUENT-EDEM耦合过程介绍
5.1.2 软球接触模型
5.1.3 时间匹配及步长
5.1.4 介质参数
5.2 结果及分析
5.2.1 颗粒运动特性
5.2.2 颗粒速度分布
5.2.3 颗粒碰撞特性
5.3 本章小结
总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果
一、论文发表
二、参与科研项目
三、已获奖项及成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磨损公式的磨损模型适用性研究[J]. 苏佳慧,郭志伟. 中国农村水利水电. 2019(04)
[2]颗粒粒径对导叶式离心泵动静叶栅内流动的影响[J]. 李仁年,陈昊,韩伟,李雪峰,刘慧娟. 排灌机械工程学报. 2017(12)
[3]基于PIV技术的粗颗粒在管流中跟随性试验研究[J]. 吴优,邹燚,曹斌,夏建新. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(06)
[4]不同粒度颗粒在非恒定管流中跟随性试验[J]. 曹斌,邹燚,夏建新. 水科学进展. 2017(03)
[5]深海采矿扬矿泵导叶区域粗颗粒通过特性试验研究[J]. 蔡超,邱灏,曹斌,夏建新. 海洋工程. 2016(02)
[6]基于DPM模型的离心泵非定常固液两相流及磨损计算（英文）[J]. 黄思,邹文朗,周锦驹,何东萍,彭天阳. 机床与液压. 2016(06)
[7]离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析[J]. 董文龙,李昳. 机电工程. 2015(03)
[8]双吸泵输送含沙水流时蜗壳内压力脉动特性[J]. 程效锐,张楠,赵伟国. 排灌机械工程学报. 2015(01)
[9]运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动[J]. 黄思,杨富翔,宿向辉. 科技导报. 2014(27)
[10]Using the DEM-CFD method to predict Brownian particle deposition in a constricted tube[J]. Florian Chaumeil,Martin Crapper. Particuology. 2014(04)
博士论文
[1]粗颗粒垂直管水力提升规律研究[D]. 李鹏程.清华大学 2007
硕士论文
[1]离心泵内粗颗粒固液两相流试验测试和数值模拟[D]. 季燕羽.江苏大学 2018
[2]基于CFD-DEM方法的离心泵内盐析液固两相流动研究[D]. 汤承.江苏大学 2017
[3]离心式杂质泵内部固液两相湍流场数值计算与磨损分析[D]. 赵恩乐.合肥工业大学 2017
[4]油水管道立式90°弯头处砂沉积规律数值模拟研究[D]. 姜德文.中国石油大学(华东) 2016
[5]扬矿电泵内流场数值模拟及性能预测[D]. 李哲奂.湖南大学 2013
[6]固相参数对泵内流动影响的数值模拟与PIV测试[D]. 崔巧玲.浙江理工大学 2012
[7]泥泵输送泥沙时的水力特性研究[D]. 罗荣民.河海大学 2005
[8]粗颗粒垂直管水力提升速度与浓度的实验研究[D]. 姜龙.清华大学 2005
[9]离心泵内两相流流动特性的图像测量[D]. 杨敦敏.西安理工大学 2004
[10]渣浆泵内清水流场及离散固体颗粒轨迹的模拟与研究[D]. 赵啸冰.清华大学 2002
本文编号：3693265
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 深海矿产开采技术的发展现状
1.2.2 固液两相流泵试验研究现状
1.2.3 粗颗粒固液两相流的试验研究
1.2.4 固液两相流泵的数值模拟研究
1.3 主要研究内容
第二章 扬矿模型泵水力设计及试验
2.1 设计参数和要求
2.2 叶轮水力设计
2.3 空间导叶水力设计
2.4 模型泵及试验台
2.4.1 扬矿模型泵
2.4.2 试验台
2.4.3 外特性采集系统
2.5 能量性能分析
2.6 本章小结
第三章 扬矿泵内固液两相流数值模拟
3.1 研究模型
3.1.1 模型泵参数和结构
3.1.2 三维造型及网格划分
3.2 计算模型与边界设置
3.2.1 固液两相流动控制方程
3.2.2 计算设置和研究方案
3.3 扬矿泵固液两相内流特性分析
3.3.1 外特性模拟验证
3.3.2 不同流量下的内流分布
3.3.3 不同颗粒浓度下的内流分布
3.3.4 不同颗粒直径下的内流分布
3.4 本章小结
第四章 扬矿泵内粗颗粒磨损特性研究
4.1 磨损模型及设置
4.1.1 Oka磨损模型介绍
4.1.2 计算设置和方案
4.2 基于离散相模型的磨损特性分析
4.2.1 不同流量下的磨损特性
4.2.2 不同颗粒浓度下的磨损特性
4.2.3 不同颗粒直径下的磨损特性
4.3 本章小结
第五章 基于CFD-DEM的扬矿泵内颗粒运动特性研究
5.1 计算模型及设置
5.1.1 FLUENT-EDEM耦合过程介绍
5.1.2 软球接触模型
5.1.3 时间匹配及步长
5.1.4 介质参数
5.2 结果及分析
5.2.1 颗粒运动特性
5.2.2 颗粒速度分布
5.2.3 颗粒碰撞特性
5.3 本章小结
总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果
一、论文发表
二、参与科研项目
三、已获奖项及成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于磨损公式的磨损模型适用性研究[J]. 苏佳慧,郭志伟. 中国农村水利水电. 2019(04)
[2]颗粒粒径对导叶式离心泵动静叶栅内流动的影响[J]. 李仁年,陈昊,韩伟,李雪峰,刘慧娟. 排灌机械工程学报. 2017(12)
[3]基于PIV技术的粗颗粒在管流中跟随性试验研究[J]. 吴优,邹燚,曹斌,夏建新. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(06)
[4]不同粒度颗粒在非恒定管流中跟随性试验[J]. 曹斌,邹燚,夏建新. 水科学进展. 2017(03)
[5]深海采矿扬矿泵导叶区域粗颗粒通过特性试验研究[J]. 蔡超,邱灏,曹斌,夏建新. 海洋工程. 2016(02)
[6]基于DPM模型的离心泵非定常固液两相流及磨损计算（英文）[J]. 黄思,邹文朗,周锦驹,何东萍,彭天阳. 机床与液压. 2016(06)
[7]离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析[J]. 董文龙,李昳. 机电工程. 2015(03)
[8]双吸泵输送含沙水流时蜗壳内压力脉动特性[J]. 程效锐,张楠,赵伟国. 排灌机械工程学报. 2015(01)
[9]运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动[J]. 黄思,杨富翔,宿向辉. 科技导报. 2014(27)
[10]Using the DEM-CFD method to predict Brownian particle deposition in a constricted tube[J]. Florian Chaumeil,Martin Crapper. Particuology. 2014(04)
博士论文
[1]粗颗粒垂直管水力提升规律研究[D]. 李鹏程.清华大学 2007
硕士论文
[1]离心泵内粗颗粒固液两相流试验测试和数值模拟[D]. 季燕羽.江苏大学 2018
[2]基于CFD-DEM方法的离心泵内盐析液固两相流动研究[D]. 汤承.江苏大学 2017
[3]离心式杂质泵内部固液两相湍流场数值计算与磨损分析[D]. 赵恩乐.合肥工业大学 2017
[4]油水管道立式90°弯头处砂沉积规律数值模拟研究[D]. 姜德文.中国石油大学(华东) 2016
[5]扬矿电泵内流场数值模拟及性能预测[D]. 李哲奂.湖南大学 2013
[6]固相参数对泵内流动影响的数值模拟与PIV测试[D]. 崔巧玲.浙江理工大学 2012
[7]泥泵输送泥沙时的水力特性研究[D]. 罗荣民.河海大学 2005
[8]粗颗粒垂直管水力提升速度与浓度的实验研究[D]. 姜龙.清华大学 2005
[9]离心泵内两相流流动特性的图像测量[D]. 杨敦敏.西安理工大学 2004
[10]渣浆泵内清水流场及离散固体颗粒轨迹的模拟与研究[D]. 赵啸冰.清华大学 2002
本文编号：3693265
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3693265.html
