旋流泵磨损性能的优化研究

基于Panicle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流旋流泵的内部流场进行数值模拟,应用FINNIE预估模型进行了磨损特性计算,重点研究了叶片表面的磨损规律。液相采用RNG湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。研究结果表明,叶片压力面出口磨损率最大,磨损将会较为严重;叶片吸力面最大剪切应力出现在进口,吸力面进口磨损将会加剧,优化后叶片磨损率有一定的下降。本研究对固液两相流旋流泵的磨损特性有重要参考意义。     

粒径对全断面竖井掘进机出渣泵磨损特性影响研究

为探究大颗粒粒径对全断面竖井掘进机上出渣泵过流部件磨损特性的影响，基于SST双方程混合湍流模型、Finnie塑性冲蚀磨损模型对其进行数值模拟，获得了全断面竖井掘进机出渣泵过流部件的冲蚀磨损形态，分析不同颗粒粒径对叶片磨损程度的影响。模拟结果表明：磨损最严重区域在叶片吸力面；定量预测出叶片磨损强度随不同初始条件的变化规律；随颗粒粒径增大，颗粒与吸力面的碰撞几率降低，叶片吸力面磨损区域显著减小，磨损位置受颗粒粒径的影响明显，而后盖板的磨损面积几乎不变；全断面竖井掘进机上出渣系统在输送最大粒径超过100%的固相颗粒时，仍具有良好的可靠性和稳定性。大颗粒粒径仅对吸力面磨损程度影响显著，对后盖板影响不明显。     

离心式污水泵叶轮磨损的数值模拟

针对离心污水泵内固液两相流动比较复杂的情况,用含沙水为工作介质,通过改变沙粒粒径和含沙水颗粒浓度的方法,对小粒径颗粒在离心污水泵内的流动进行了数值模拟。借助弄清内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口初始颗粒浓度对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮吸力面和压力面的分布规律以及固体颗粒沿叶片吸力面和压力面的分布规律,并在此基础上得出了离心污水泵叶轮的磨损特性。     

煤炭颗粒对半开式离心泵磨损的数值研究

煤矿实际生产过程中的煤炭颗粒会对离心泵的叶片造成磨损,并会对离心泵的运行产生较大影响。基于ANSYS CFX软件,结合Euler-Lagrange方法探究额定工况下离心泵内部磨损情况。结果表明:固相的加入,会降低离心泵出口的压力;煤炭颗粒的分布在流道中的分布有一定规律,叶轮进口处压力面和吸力面均有较多颗粒分布;导叶压力面的固相分布明显高于吸力面的固相分布;叶轮压力面根部和导叶的压力面局部磨损较严重。     

渣浆泵叶轮湍流场模拟及颗粒轨迹分析

为提高渣浆泵的抗磨性能并优化泵的设计,采用RNG κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法对多工况下渣浆泵叶轮内部清水流场进行了数值计算,得到叶片表面相对速度矢量分布,分析了叶片表面回流、旋涡现象;基于单颗粒动力学模型,采用拉格朗日法计算了多工况下固相颗粒的运动轨迹,分析不同粒径颗粒对叶片表面磨损的影响。结果表明：叶片压力面进口在大流量工况下开始出现回流,而叶片吸力面进口则在小流量工况下回流、旋涡严重,叶片进口的回流、旋涡不仅容易引起NPSHr增高,诱发空化现象,还会导致颗粒聚集、反复冲击该区域;在小流量工况下,叶片压力面出口和吸力面出口均出现大区域的回流,甚至延伸至叶片中段,随着流量增大,回流和旋涡区域逐渐缩小,由此可见叶片出口在小流量工况下的磨损比较严重;其他因素一定时,固液混合物的流量越小,颗粒在进入叶片流道前停留的时间越长,导致颗粒与叶片头部的碰撞概率增大;随着颗粒直径增大,颗粒向叶片压力面靠近的趋势越明显,与压力面的碰撞机会也增多,从模拟结果可以看到,该叶轮对1mm以上的大颗粒适应性不好,在设计流量工况下,0.5~1mm粒径范围内颗粒适应性最好。     

固相粒径对深海采矿矿浆泵空化特性影响的规律

针对深海采矿矿浆泵空化现象,研究固相粒径对其空化特性的影响。根据空化核子理论、质能方程建立气液两相之间的质量转换方程,运用Fluent软件和Singhal et al的空化模型对在不同固相颗粒粒径工况下的深海采矿矿浆泵进行稳态全流道空化仿真研究。分析叶轮叶片背面压力和气相体积分布规律,对不同区间气相体积分数进行统计,计算出不同颗粒粒径下泵的空化余量和扬程。研究结果表明:随着固相颗粒的增大,叶轮叶片背面入口处的低压区面积逐渐扩展,泵的空化现象趋于严重,扬程下降。当粒径为25 mm时空化余量陡降至最低1.11m,空泡分布广泛,部分区域体积分数高达0.9;粒径从10 mm到25 mm的过程中扬程下降了8.67 m;继续增大粒径,泵的空化性能有所提升,空化余量稳定在3.5 m,但泵的扬程在空化和颗粒磨损共同作用下继续下降至65.3 m。     

小粒径固液两相流在旋流泵内运动的数值模拟

为了分析旋流泵内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准κ-ε湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件FLUENT对旋流泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓度分布规律。在旋流泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度。数值结果表明,泥沙颗粒直径变大以及泥沙浓度的加大都会使旋流泵扬程和效率下降,其中浓度的变化对扬程和效率的影响更明显。     

双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10 mm和36 mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。 与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。     

双叶片离心泵内固液两相流压力脉动研究

双叶片固液两相流离心泵送广泛应用于农业、电力、环保、食品及采矿等行业。采用mixture模型对双叶片离心泵固液两相流进行了非定常瞬态模拟,研究了工况和颗粒物性(固体颗粒的直径、密度和体积分数)对泵内压力脉动的影响。结果表明:与输送清水相比,不同流量下加入适当的颗粒能够降低蜗壳周向及隔舌顶端处压力脉动,最大降幅达39.62%;随着颗粒粒径的增大,蜗壳压力脉动先增大后减小;随着颗粒密度和颗粒体积分数的增大,蜗壳内压力脉动均逐渐增大,最大增幅分别为5.32%和6.97%;隔舌顶端处压力脉动随颗粒密度的增加而增大,但随颗粒粒径和体积分数的增大,均呈现先增大后减小的趋势;隔舌顶端处的流动冲击会降低压力脉动的主频。     

离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析

针对离心泵内固液两相流动问题,采用离散模型(DPM),考虑液相与固体颗粒之间相互作用,对离心泵内固液流场中大直径颗粒的粒子运动进行了数值模拟。并对颗粒的运动轨迹、固液两相流磨损进行了进一步的分析。使用UDF文件对颗粒加入Basset力,通过粒子运动轨迹线与恒定非恒定流线的对比,得出了粒子随直径变化对离心泵内流动情况的影响,并在此基础上进行了内部流动对性能的影响以及磨损规律分析。研究结果表明,当粒子直径大于1 mm时,通过使用DPM模型能更准确地获得粒子在泵内的运动情况,颗粒的运动轨迹向叶片工作面偏转较大并且存在多次撞击过程对叶片的磨损程度大,小颗粒易与叶片工作面后端发生撞击,且速度较低,对叶片的冲蚀磨损相对弱些。     

Numerical simulation and analysis of solid-liquid two-phase flow in centrifugal pump

The flow with solid-liquid two-phase media inside centrifugal pumps is very complicated and the relevant method for the hydraulic design is still immature so far.There exist two main problems in the operation of the two-phase flow pumps,i.e.,low overall efficiency and severe abrasion.In this study,the three-dimensional,steady,incompressible,and turbulent solid-liquid two-phase flows in a low-specific-speed centrifugal pump are numerically simulated and analyzed by using a computational fluid dynamics(CFD) code based on the mixture model of the two-phase flow and the RNG k-two-equation turbulence model,in which the influences of rotation and curvature are fully taken into account.The coupling between impeller and volute is implemented by means of the frozen rotor method.The simulation results predicted indicate that the solid phase properties in two-phase flow,especially the concentration,the particle diameter and the density,have strong effects on the hydraulic performance of the pump.Both the pump head and the efficiency are reduced with increasing particle diameter or concentration.However,the effect of particle density on the performance is relatively minor.An obvious jet-wake flow structure is presented near the volute tongue and becomes more remarkable with increasing solid phase concentration.The suction side of the blade is subject to much more severe abrasion than the pressure side.The obtained results preliminarily reveal the characteristics of solid-liquid two-phase flow in the centrifugal pump,and are helpful for improvement and empirical correction in the hydraulic design of centrifugal pumps.     

旋流泵内颗粒分布特性及对泵性能的影响

基于Eulerian多相流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟,获得了不同粒径、浓度时泵内的颗粒分布特性及对泵性能的影响。研究结果表明:固体颗粒进入泵内后主要集中于无叶腔内,无叶腔中的颗粒分布以泵轴为中心呈现一定的轴对称分布,随着粒径的增大,颗粒在无叶腔内壁面聚集的更加明显,随着浓度的增大,颗粒在无叶腔内的分布规律几乎没有变化,随着流量的增大,无叶腔中心部分颗粒浓度几乎不变的区域扩大;在叶轮内,叶片工作面附近的颗粒浓度要大于叶片背面的;随着粒径及浓度的增大旋流泵的效率会降低,随着粒径的增大泵的扬程会降低。     

旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况,自行设计了旋流式模型泵,采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场,并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比,验证了计算模型的适用性,并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论,初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内,盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔,且分布较均匀;进入叶轮后向叶片工作面靠拢;颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近;液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显;两相间速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著。     

双吸双流道泵固液两相流动特性分析

为研究双吸双流道泵的固液两相流动规律,本文基于CFD性能预测方法,计算泵在不同沙粒直径、不同沙粒浓度、不同流量工况的内部流动规律与外部特性曲线,并与单相流进行对比分析。研究结果表明:含沙多相流,流道中的压力梯度更大,压差分布更明显;流道内的脱流损失更严重,漩涡区域更明显,叶轮出口与蜗壳进口的动静耦合作用更剧烈;固相颗粒主要集中在叶轮的上下盖板处以及靠近蜗壳出口侧的流道区域;叶轮流道进口处的颗粒相对较少,出口处的颗粒相对较多;颗粒直径的变化对固相的离析作用明显,随着泥沙直径与流量的增大,泵的进出口总压差减小,随着泥沙浓度的增大,泵进出口总压差增大。     

双吸式叶轮中固体颗粒分布规律的研究

利用Fluent软件对2级化工流程泵的首级双吸式叶轮、半螺旋型吸水室以及级间过渡流道内的流场进行了模拟,得到了叶轮内的固相浓度分布。分析了不同初始固相浓度以及不同颗粒直径条件下,叶轮内的固相浓度分布的变化规律,得到了与单吸式叶轮不同的结论。     

轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析

为了分析某型号轴流泵叶轮汽蚀状态下汽液两相流特征,本文基于均相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIM-PLEC算法,分别从外特性和内部流场两方面分析了轴流泵叶轮的空化过程,通过定量分析不同NPSH下轴流泵的扬程下降和空泡分布的对应关系,讨论了不同空化状态下叶轮内部速度场和压力场的分布,寻找出轴流泵空化发生破坏的位置和发展趋势。数值模拟结果表明,空化初生时空泡产生于叶片背面进口轮缘处,随着轴流泵进口压力的不断降低,叶片背面外缘处空泡逐渐向轮毂侧发展,且外缘侧空泡不断向前推进,在装置汽蚀余量NPSH为6.62m时,空泡基本覆盖叶片的背面,此时叶片丧失了部分做功能力,且扬程下降明显。计算模型泵进行了现场运行试验,试验结果表明,数值模拟的空泡分布与实际破坏位置一致,验证了数值计算的准确性,也为解决轴流泵汽蚀破坏问题提供了内流流场参考。     

运用正反问题迭代法进行叶片式气液混输泵叶轮的水力设计

基于正反问题迭代,提出了叶片式气液混输泵叶轮水力设计的方法。叶轮叶片的初始几何形状根据给定的速度矩分布规律进行设计,通过叶轮内CFD三维流场分析结果,改进流道参数和速度矩分布规律以优化叶片几何参数和流场分布。外特性试验结果表明,设计叶轮可在较宽的流量范围及含气量范围下工作,最优工况效率可达44．0％,且能在短时间内输送100％的气体而不发生气堵现象,证明了该设计方法的有效性和可靠性。     

颗粒浓度对离心风机磨损的影响规律数值研究

当含尘气体经过除尘设备净化后,粉尘粒径已经很小,在两相流中更多的表现出流动性,颗粒浓度成为影响叶轮磨损的重要因素。由此,可基于雷诺应力湍流模型和Tabakoff and Grant的磨损模型,对离心风机叶轮中气固两相流进行数值计算,得到不同粒径的颗粒在不同的入口浓度条件下对风机压力面的磨损位置、形态和磨损率。研究结果表明,磨损位置与粒径大小有关,颗粒数量浓度对磨损率的影响远高于质量浓度对磨损率的影响。     

气固两相流风机磨损率的数值预测研究

利用数值模拟技术,基于雷诺应力湍流模型和Tabakoff and Grant的磨损模型,实现了叶轮磨损的可视化预测.揭示了不同粒径的颗粒对叶片不同的磨损方式以及叶轮各部分的磨损现象,并以此为理论基础,提出了有针对性的防磨措施,为工程实践提供有益的参考.