固液兩相流離心泵內(nèi)部流場與磨損數(shù)值模擬.pdf

1、固液兩相流離心泵的過流壁面容易磨損是大型火電廠濕法脫硫工藝中急需解決的問題。隨著固液兩相流離心泵廣泛在環(huán)境保護、污水、煤礦、食品、電力等行業(yè)的應(yīng)用，磨損問題顯得日益突出。
　　本文依托國家自然基金項目《固液離心泵非定常流動誘導磨損機理研究》，基于計算流體力學中的歐拉-歐拉模型和歐拉-拉格朗日模型，結(jié)合離散相模型和Finnie沖蝕磨損模型，對固液兩相流離心泵內(nèi)定常和非定常流動的兩相流流場進行三維數(shù)值計算。全本的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點如下:

2、
　　1.查閱大量國內(nèi)外文獻，了解固液兩相流離心泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，結(jié)合數(shù)值模擬計算的理論基礎(chǔ)，為本文三維不可壓縮的湍流計算建立流體力學基本方程、選擇湍流模型、多相流模型和離散相模型的方法提供基礎(chǔ)。
　　2.利用三維造型軟件Pro/E及網(wǎng)格劃分軟件ICEM把固液兩相流離心泵全流道中各個水力部件進行建模裝配以及網(wǎng)格劃分，并且對模型的網(wǎng)格進行無關(guān)性檢查。
　　3.通過不同顆粒密度、不同進口流量、不同葉輪轉(zhuǎn)速三個方

3、面對固液兩相離心泵內(nèi)部流場和磨損特性進行了定常模擬分析，總結(jié)歸納磨損特征與流場特征及初始條件的關(guān)系。在混合相模型下通過分析顆粒濃度分布、速度以及內(nèi)部流場隨著不同初始條件變化規(guī)律，定性預測不同初始條件對過流部件磨損的影響，得出以下結(jié)論:顆粒密度越大、流量越小、轉(zhuǎn)速越高，葉輪流道越容易形成回流，加劇對壁面的磨損;葉片工作面比葉片背面容易受到磨損。從隔舌沿著蝸殼圓周壁面至泵出口各部位均是磨損嚴重區(qū)。
　　在離散相模型下結(jié)合顆粒運動軌跡以

4、及Finnie沖蝕磨損模型，定量預測不同初始條件對過流部件磨損的影響，得出以下結(jié)論:隨著顆粒密度的增大，葉片工作面磨損總量依次是葉片背面的69.8％、233.7％、240.2％;隨著流量的增大，葉片工作面磨損總量依次是葉片背面的1140.8％、233.7％、306.5％;隨著轉(zhuǎn)速的增大，葉片工作面磨損總量依次是葉片背面的136.48％、233.7％、252.2％;從隔舌沿著蝸殼壁面至泵出口均有不同程度的磨損，尤其是隔舌附近更加嚴重，蝸殼

5、總磨損量數(shù)量級遠大于葉輪總磨損數(shù)量級;顆粒密度、葉輪轉(zhuǎn)速的增大以及進口流量偏離設(shè)計流量時都會導致過流部件磨損增大。
　　4.通過不同顆粒密度、不同進口流量、不同葉輪轉(zhuǎn)速三個方面對固液兩相離心泵內(nèi)部流場和磨損特性進行了非定常模擬分析。在混合相模型下通過分析蝸殼近壁處壓力脈動、顆粒瞬態(tài)濃度分布、瞬態(tài)速度隨著不同初始條件的變化規(guī)律，歸納脈動流對顆粒瞬態(tài)濃度、速度隨時間變化規(guī)律，得出以下結(jié)論:蝸殼內(nèi)各監(jiān)測點壓力脈動均呈周期性變化，脈動流對

6、顆粒分布影響很小，但對顆粒速度影響很大，顆粒瞬時速度同樣呈現(xiàn)周期性變化。顆粒密度、葉輪轉(zhuǎn)速的增大以及進口流量偏離設(shè)計流量時都會導致壓力脈動幅度變大。
　　5.首次利用離散相模型對固液泵過流部件非定常磨損進行模擬分析，結(jié)合混合模型下脈動流對顆粒瞬態(tài)體積分數(shù)以及瞬態(tài)速度的影響，建立瞬態(tài)磨損與脈動流的關(guān)系，得到如下結(jié)論:蝸殼壁面瞬時磨損增加值均以60°為一個周期，顆粒密度、葉輪轉(zhuǎn)速的增大以及進口流量偏離設(shè)計流量時都會導致蝸殼壁面瞬時磨損