基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內固液兩相流動特性研究.pdf

1、螺旋離心泵是一種將螺旋泵和離心泵的優(yōu)點融為一體的新型雜質泵，其主要結構是螺旋離心葉輪，入口部分為螺旋葉片，出口部分類似為混流式葉片，葉輪螺旋段有近似容積泵的作用，離心段將在葉輪中獲得能量的輸送介質送入蝸殼，使其能量轉化為壓力能，螺旋離心泵是一種具有極好地無堵塞、無纏繞與損傷少的雜質泵。
　　通過計算流體動力學原理，基于顆粒軌道模型，從研究螺旋離心泵輸送固液兩相流時內部流動特性的角度出發(fā)，分析了固液兩相流中固相顆粒的運動軌跡，輸送固

2、相顆粒不同屬性和固相體積分數(shù)下固相顆粒的能量變化趨勢、過流部件上發(fā)生磨損的部位、磨損形式和螺旋離心泵性能的變化規(guī)律，主要內容包括:
　　一方面，從理論上分析了螺旋離心泵內部流動區(qū)域中流體的流動狀況，應用連續(xù)相方程和固相顆?？刂品匠?，在基本假設下將流體在葉輪中的流動和固相顆粒在連續(xù)相介質的挾帶作用下的受力狀況進行分析，并討論了顆粒軌道模型的適用范圍及可行性分析，為數(shù)值模擬來研究螺旋離心泵輸送固液兩相流介質時的流動特性和性能變化提供理

3、論基礎。
　　另一方面，通過數(shù)值計算，在清水工況下分析了內流場的速度分布、壓力分布以及不同截面上的面流線分布，并對外特性的計算結果和實驗結果進行了對比，在輸送固液兩相流工況下，分析了固相顆粒在計算域內的運動軌跡、過流部件表面的固相質量濃度和不同固相體積分數(shù)對螺旋離心泵過流部件的磨損和對外特性的影響，由此得出了基于顆粒軌道模型的螺旋離心泵內輸送固液兩相流體介質時的流動特性以及與其優(yōu)越的抗堵塞特性和抗磨損特性等之間的內在聯(lián)系。

4、　　通過理論分析和數(shù)值計算，對螺旋離心泵整個流動區(qū)域的數(shù)值計算結果進行了定性以及定量的對比分析，獲得主要結論如下:
　　1、葉輪的主要做功區(qū)域為螺旋段，計算域內有回流和二次流存在，小流量工況下的液體流態(tài)相對不穩(wěn)，產生二次流和撞擊流的部位較多，水力損失較大;
　　2、固相顆粒屬性和入射位置的變化對螺旋離心泵過流部件的磨損方式和磨損程度各異，運動軌跡也受其影響，顆粒粒徑和體積分數(shù)的變化與其對液相流動干擾呈正比;
　　3、相

5、同固相體積分數(shù)下，在輸送d=0.05mm和d=0.2mm的極微顆粒和細小沙粒時，進口段顆粒速度變化波動較大，進入葉輪域后，液相對較大粒徑固相顆粒的挾帶能力變小，相對阻滯作用越明顯，從而產生速度滑移，固相顆粒不會和液相一起移動以致其軌跡改變，造成流動無序;
　　4、固相顆粒以一定速度進入葉輪后，會與葉輪頭部發(fā)生沖擊，造成該區(qū)域固相質量濃度分布較集中，并以沖蝕磨損為主，隨葉片包角增大，對葉輪的磨損部位更靠近出口輪緣附近，其磨損形式主要

6、以磨粒磨損為主;
　　5、粒徑和固相體積分數(shù)的增加，致使液相對固相顆粒的挾帶能力減弱，重力作用下發(fā)生的固相沉降等因素導致的泵揚程和效率下降會被考慮，并且存在一個經濟的粒徑和固相體積分數(shù)范圍，使輸送固相顆粒時螺旋離心泵輸送能力有所提高。
　　本文對螺旋離心泵固液兩相流的研究具備一定創(chuàng)新性:
　　1、在數(shù)值計算方法上，提出采用基于Euler-Lagrange坐標的顆粒軌道模型，在Euler坐標系下考察連續(xù)相流體的運動，在L