弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究
发布时间：2021-10-28 16:42
深海、深地资源开采中,固-液两相混输系统是非常重要的。系统中的弯头是控制输送方向必不可少的部件,而泵是系统的动力核心。由于输运介质中含有大量硬质固体颗粒,在运行过程中会撞击冲刷弯头内壁面和泵的过流部件,造成部件的材料磨损,从而危害整个混输系统的运行安全。由于,深海、深地设备安装、操作复杂,维修和更换成本高昂,对设备的耐磨损性能要求较高,因此,固-液两相流混输系统中弯头和泵内颗粒碰撞与磨损机理的研究具有重要的科学和应用价值。近年来,有关学者采用不同的方法研究了弯头磨损形成的机理,亦有不少学者研究了固-液两相流泵内过流部件磨损特性并探究了形成的机理。数值模拟作为一种重要的研究方法,可以获得实验中难以测量的数据,如颗粒的冲击速度和角度、流体对颗粒的各种作用力等,可以从微观角度分析各个因素对磨损的贡献,对磨损形成的机理问题的研究中起着关键性作用。但是,由于固-液两相流中,颗粒与流体强烈的相互影响,两相在质量、动量、湍流与能量均可能相互作用,这为构建精确的数值模型提出了诸多挑战。本研究将从这一角度出发,尝试建立精确可靠的固-液两相流数值模型,并对弯头和泵内颗粒产生的磨损特性和形成机理进行探索研究...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
泵叶片
弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究18式中：nij，iR，iE，ix，*R，*E，i分别表示颗粒法向重叠量、颗粒i的半径、颗粒i的杨氏模量、颗粒i球心位置矢量、当量半径、有效弹性模量，颗粒i泊松比。阻尼系数的计算公式如下：nn*526ijijSm(2.43)tt*526ijijSm(2.44)22lnlnee(2.45)n**n2ijijSER(2.46)t**t8ijijSGR(2.47)*ijijmmmmm(2.48)*22ijijGGG(2.49)21iorjiorjiorjEG(2.50)式中：nijS，tijS，*m，im，*G，iG分别表示法向刚度、切向刚度、当量质量、颗粒i质量、当量剪切模量和颗粒i的剪切模量。图2.1颗粒接触示意图Fig.2.1Schematicdiagramofparticlecontact
江苏大学硕士论文19图2.2颗粒法向接触模型图2.3颗粒切向接触模型Fig.2.2ParticlenormalcontactmodelFig.2.3Particletangentialcontactmodel2.3磨损模型2.3.1E/CRE(Erosion/CorrosionResearchCenter)磨损模型E/CRC磨损模型于1994年由Tulsa大学K.Ahlert等人[71]经过大量实验测试获得并有较为广泛应用的针对液固两相流的磨损模型，计算公式如下：0.59nspERCBHFVF(2.51)51iiiFA(2.52)式中：ER表示磨损率，定义为颗粒碰撞材料表面引起的材料损失的重量，BH表示壁面材料的布氏硬度。Fs表示颗粒形状系数，Fs=1.0表示尖锐颗粒，棱角较为突出，Fs=0.5表示半球形颗粒，有棱角但较为圆滑，Fs=0.2时表示圆球形颗粒，Vp表示颗粒碰撞速度，θ表示以弧度制表示的撞击角度，n=2.41表示速度指数，C=2.17×107表示经验常数。系数的值见表2.1。表2.1E/CRC磨损模型系数值Table2.1E/CRCerosionmodelcoefficientvaluesA1A2A3A4A55.40-10.1110.93-6.331.422.3.2Oka磨损模型Oka磨损模型于2005由日本广岛大学Y.I.Oka等人[18.19]经试验测试获得的磨损模型，计算公式如下：90EgE(2.53)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究[J]. 吴晓笛,刘华坪,陈浮. 物理学报. 2017(22)
[2]基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,廖翠林,徐洪泉,陆力. 农业机械学报. 2017(03)
[3]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)
[4]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)
[5]后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化[J]. 施卫东,邢津,张德胜,陈刻强,程成. 农业工程学报. 2014(11)
[6]埋管流化床颗粒流动行为的数值模拟[J]. 杨春振,段钰锋,孙荣峰,范晓旭. 化工学报. 2013(08)
[7]离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟[J]. 李亚林,袁寿其,汤跃,黄萍,李晓俊. 农业机械学报. 2012(11)
[8]中国大陆干热岩地热资源潜力评估[J]. 汪集旸,胡圣标,庞忠和,何丽娟,赵平,朱传庆,饶松,唐晓音,孔彦龙,罗璐,李卫卫. 科技导报. 2012(32)
[9]深海石油工程装备技术发展现状及展望[J]. 孙巍. 中外能源. 2012(09)
[10]非定常固液两相流对双流道泵磨损性能的影响[J]. 崔巧玲,李昳,金守泉. 浙江理工大学学报. 2012(04)
硕士论文
[1]基于CFD-DEM方法的两级混流泵内部粗颗粒固液两相流特性研究[D]. 夏铖.江苏大学 2019
本文编号：3463064
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
泵叶片
弯头与泵内固-液两相流粗颗粒运动与磨损特性的模拟研究18式中：nij，iR，iE，ix，*R，*E，i分别表示颗粒法向重叠量、颗粒i的半径、颗粒i的杨氏模量、颗粒i球心位置矢量、当量半径、有效弹性模量，颗粒i泊松比。阻尼系数的计算公式如下：nn*526ijijSm(2.43)tt*526ijijSm(2.44)22lnlnee(2.45)n**n2ijijSER(2.46)t**t8ijijSGR(2.47)*ijijmmmmm(2.48)*22ijijGGG(2.49)21iorjiorjiorjEG(2.50)式中：nijS，tijS，*m，im，*G，iG分别表示法向刚度、切向刚度、当量质量、颗粒i质量、当量剪切模量和颗粒i的剪切模量。图2.1颗粒接触示意图Fig.2.1Schematicdiagramofparticlecontact
江苏大学硕士论文19图2.2颗粒法向接触模型图2.3颗粒切向接触模型Fig.2.2ParticlenormalcontactmodelFig.2.3Particletangentialcontactmodel2.3磨损模型2.3.1E/CRE(Erosion/CorrosionResearchCenter)磨损模型E/CRC磨损模型于1994年由Tulsa大学K.Ahlert等人[71]经过大量实验测试获得并有较为广泛应用的针对液固两相流的磨损模型，计算公式如下：0.59nspERCBHFVF(2.51)51iiiFA(2.52)式中：ER表示磨损率，定义为颗粒碰撞材料表面引起的材料损失的重量，BH表示壁面材料的布氏硬度。Fs表示颗粒形状系数，Fs=1.0表示尖锐颗粒，棱角较为突出，Fs=0.5表示半球形颗粒，有棱角但较为圆滑，Fs=0.2时表示圆球形颗粒，Vp表示颗粒碰撞速度，θ表示以弧度制表示的撞击角度，n=2.41表示速度指数，C=2.17×107表示经验常数。系数的值见表2.1。表2.1E/CRC磨损模型系数值Table2.1E/CRCerosionmodelcoefficientvaluesA1A2A3A4A55.40-10.1110.93-6.331.422.3.2Oka磨损模型Oka磨损模型于2005由日本广岛大学Y.I.Oka等人[18.19]经试验测试获得的磨损模型，计算公式如下：90EgE(2.53)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究[J]. 吴晓笛,刘华坪,陈浮. 物理学报. 2017(22)
[2]基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究[J]. 张自超,王福军,陈鑫,廖翠林,徐洪泉,陆力. 农业机械学报. 2017(03)
[3]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)
[4]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)
[5]后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化[J]. 施卫东,邢津,张德胜,陈刻强,程成. 农业工程学报. 2014(11)
[6]埋管流化床颗粒流动行为的数值模拟[J]. 杨春振,段钰锋,孙荣峰,范晓旭. 化工学报. 2013(08)
[7]离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟[J]. 李亚林,袁寿其,汤跃,黄萍,李晓俊. 农业机械学报. 2012(11)
[8]中国大陆干热岩地热资源潜力评估[J]. 汪集旸,胡圣标,庞忠和,何丽娟,赵平,朱传庆,饶松,唐晓音,孔彦龙,罗璐,李卫卫. 科技导报. 2012(32)
[9]深海石油工程装备技术发展现状及展望[J]. 孙巍. 中外能源. 2012(09)
[10]非定常固液两相流对双流道泵磨损性能的影响[J]. 崔巧玲,李昳,金守泉. 浙江理工大学学报. 2012(04)
硕士论文
[1]基于CFD-DEM方法的两级混流泵内部粗颗粒固液两相流特性研究[D]. 夏铖.江苏大学 2019
本文编号：3463064
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