旋流泵内部固液两相流动的CFD模拟分析

基于雷诺平均N-S方程,对旋流泵金属蜗壳叶轮在清水和固液两相流动时的内部流场进行三维CFD数值模拟。采用Pro/E三维造型软件进行几何造型,应用Fluent软件,选用雷诺平均N-S方程,输送清水介质使用标准k-ε紊流模型,输送含有固体颗粒的两相介质采用k-ε-Ap模型,结合SI MPLE算法,采用笛卡尔坐标,混合四面体非结构网格,对其内部流场进行了三维CFD数值模拟。对固体颗粒直径发生变化时的固液相速度分布情况进行详细分析。结果表明,它们的速度分布和实际情况基本吻合。     

圆微孔及几何参数对机械密封颗粒分布的影响

由于目前关于微小颗粒在微孔端面机械密封间隙流体中的分布规律的研究较少,所以基于连续介质模型,建立了圆形微孔端面机械密封间隙流体的固液两相流数值模型。根据计算结果,分析了密封间隙流体中颗粒的分布规律:从外径到内径,颗粒体积分数逐渐增大,而且每个微孔单元内的颗粒分布规律相似;液体在微孔内形成了涡流,颗粒在涡流中心区域大量聚集。最后,讨论了微孔几何参数对颗粒分布的影响:在不同转速下,微孔面积比、微孔深度的增大都能提高孔内区域的颗粒量。     

型线对两相流泵性能影响的数值模拟分析

离心泵型线直接影响泵的性能。离心泵的型线即叶片压力面和背面的轮廓线。通过CFD计算软件Fluent,计算得出4种型线叶轮(变角螺旋线、等角对数螺旋线、Bezier曲线、渐开线)的外特性曲线,研究了型线对液固两相流泵性能的影响,得出了叶轮型线为渐开线和Bezier曲线时,有助于提高液固两相流泵的效率。     

高低叶片对旋流泵性能影响的试验研究

本文对现有的旋流泵叶轮进行研究分析后,对3种不同比转速的叶轮进行重新设计,通过改变成不同高度的叶片数,对旋流泵的性能进行试验研究,获得了旋流泵的高叶片数不同时对其性能影响的变化规律,并对变化原因进行了分析。结果证明,高低叶片能够减小水力损失,提高旋流泵的扬程和效率,特别是当旋流泵叶轮的叶片数为6片时,2个对称分布的叶片比其余4个叶片高的叶轮的水力性能要好;当叶轮的叶片数为8片或10片时,3个均匀分布的叶片比其余叶片高的叶轮的水力性能要好,效率提高约3%。     

矿浆泵内转速对固液流体速度矢量分布的影响分析

为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响,应用欧拉模型,RNGκ-ε(Renormalization-groupκ-ε)湍流模型及SIMPLEC算法,对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟,研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明:随着转速n的增大,叶轮流道区域内的边界层更易分离,过流能力减弱,在叶轮出口处,射流-尾迹结构越强,水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈,此区域流动愈加混乱,在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大,混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了,增大了过流能力,减弱了水力损失。     

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。     

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。     

离心式固液两相流泵叶片形状对流体动力特性影响的研究

给出了考虑离心力作用时的叶片近壁表面固液两相流体粘性流动的分析方法,以实泵为例从理论上分析和阐述了叶片形状对流体的动力特性的影响,并通过对比试验对其进行了验证。明确了这种影响主要体现在三个方面,即泵的水力效率及其动力性能和理论扬程。同时给出了叶片型线的优劣评价依据和如何实现或获得一条合理叶片型线的方法。所得结论对离心式固液两相流泵叶片型线的选型和设计具有指导意义。     

固液旋流泵固体颗粒分布的数值模拟研究

对围液旋流泵内部流场进行了全流道三维数值模拟.计算网络采用分块非结构化网格,湍流计算模型采用标准中k-ε模型,算珐采用SIMPLEC算法.对固体颗粒的分布情况进行了详细分析,结果表明,固体颗粒在长叶片工作面上分布较多,并随着颗粒直径的增大分布逐渐增多,在短叶片及空腔中颗粒分布较少,从长叶片的工作边到非工作边固体颗粒分布适渐减小.泵的磨损主要发生在长叶片工作面的转弯处,短叶片上磨损较小.     

离心式杂质泵内颗粒分布规律的研究

利用Fluent软件对离心式杂质泵内部流场进行数值计算,将其内部流动可视化,分别计算了不同颗粒直径和泵进口固相浓度多个工况下泵内的两相流流场,得到了叶轮和蜗壳内的固相浓度分布。分析了不同进口固相浓度以及不同颗粒直径条件下,颗粒在叶轮和蜗壳内的分布规律。     

Experimental Research on Salt-out Particle Motion and Concentration Distribution in a Vortex Pump Volute

The vortex pump is suitable for salt solution transportation. But the salt-out flow mechanism in the pump has not been understood fully. Salt-out layer formation and growth rate are closely related to crystal particle motion and concentration distribution. Study on the particle hydrodynamic characteristics in the pump volute becomes a key problem, because the crystal particles are mainly distributing in this zone after they enter the pump. Phase Doppler particle analyzer(PDPA) is used to measure the two-phase flow field in a model pump volute to get more understanding about the salt-out phenomenon. The crystal particle velocities are obtained in all three peripheral, radial and axial directions. Particle size and particle number density(PND) measurements are also performed in the experiment. Results are presented and discussed along the radial direction under different pump operating conditions, as well as various axial measurement positions. It is found that particle velocity gradient of peripheral component varies with the pump discharge. There is a turning point of relation between peripheral velocity component and discharge. Radial flow velocity curves look like a saddle shape and velocity magnitudes are changing greatly with the discharge. The non-equilibrium velocity feature between liquid and solid phase on this direction is also remarkable. Particles flow into the impeller at radial position R1, and the axial velocity component increases in this region. The particle size curve shows an open-up parabola distribution. The largest particles are distributing near the casing peripheral wall. As flow rate increases, accordingly PND increases. It also grows up in the axial-outward direction towards the suction cover. Crystal particle aggregation phenomenon can be revealed from the analysis of particle size and PND distribution, and the aggregation region is determined as well. Research results are helpful for optimal design of this kind of pump preventing salt-out.     

带有前置搅拌装置污水泵的流动特性研究

针对污水池清淤问题,在一潜水排污泵进口处设置一搅拌装置,研究带有前置搅拌装置污水泵在污水池中的流动特性。研究表明,基于CFD计算的污水泵外特性结果与试验结果基本吻合,数值模拟结果具有较好精度;对比无前置搅拌装置的潜水排污泵,发现装有搅拌装置后泵的轴功率升高,效率下降;对整个污水池系统的流场进行分析,发现污水池内出现旋涡及附壁效应,说明泵前设置搅拌装置有利于池底清淤;固相颗粒主要聚集于叶轮流道中下游及蜗壳周边壁面处,叶片工作面的进口、出口以及叶片背面中间部位磨损稍微严重,而叶片流道中间部位及靠近叶片背面出口处的磨损相对轻微。     

固液两相双流道泵的设计与试验研究

提出了双流道固液混合输送离心泵的水力设计方法,研制了2台输送大直径固体颗粒的双流道离心泵,并进行了清水试验、清淤试验及输送卵石的试验研究。试验结果表明双流道泵不仅具有较好的水力性能,而且在清淤及输送较大的固体颗粒时同样具有良好的通过能力和较高的效率,证实了本文提出的固液两相双流道离心泵的设计方法是合理可行的,对固液两相离心泵的进一步研制和推广应用有一定的指导意义。     

大颗粒下螺旋离心泵内运动特性数值模拟与分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为模型,采用欧拉多流体、RNG k-ε模型对其内部进行三维数值模拟。对比不同颗粒粒径以及浓度情况下固液两相流场,分析了在大颗粒情况下,固体颗粒在螺旋离心泵内的运动情况。通过固相体积分数、压力以及速度分布,得出了大颗粒固液两相流在螺旋离心泵内的运动特性。并以此为参照,分析大颗粒情况下螺旋离心泵磨损情况。     

泵送煤水两相流时泥浆泵的性能及通气的影响

研究了泥浆泵泵送不同浓度与粒度的煤水两相流时扬程、效率以及功率与汽蚀性能的变化,并考虑了通气对泵性能的影响。还对试验结果进行了理论分析,可以为选矿等行业离心泵的使用与开发提供有益的参考。     

旋流泵内液固两相流场的CFD-PBM耦合计算

为获得旋流泵内更为符合物理真实的液固两相流动特征,在传统欧拉(Euler)双流体模型基础上加载群体平衡模型(PBM),以考虑实际存在的颗粒聚并、破碎等动力学行为,与CFD耦合计算了不同流量、颗粒粒径及浓度下的液固两相流场,分析了颗粒存在对泵外特性的影响规律。计算结果表明:从进口到出口,叶片背面附近颗粒粒径明显增大;在叶轮出口位置,同一半径上,从叶片工作面到背面附近存在粒径梯度;在外缘部,沿轴向形成粒径梯度。与Euler模型计算结果对比发现:加载PBM模型后,颗粒总体浓度分布特征存在差异;同一轴截面上,颗粒浓度在中心部的分布基本相同,而在中间和外缘部位置出现差异。PBM模型计算得到的泵扬程、效率曲线更接近于实验值,证明基于CFD-PBM耦合计算的预测精度更符合实际。     

旋涡泵中叶轮与泵体间动压场的应用研究

根据流体动力润滑理论，在旋涡泵叶轮两侧环形壁上，加工多个浅腔楔面，当叶轮转动时，其两侧环面和泵体壁之间形成多个流体动压区。保证了叶轮两侧问隙的均等性，使叶轮轴系转动的平稳性得到提高。根据侧隙泄漏量和功率损耗量得到了叶轮和壳壁之间的最佳间隙取值范围。     

旋流泵的研究现状及发展趋势

旋流泵的无堵塞特性使得其在化工、制药、造纸以及污水处理等行业中得到了广泛的应用。本文对旋流泵的基本工作原理和内部流动特性进行了分析,总结了国内外旋流泵的研究历史及目前研究现状,结合各国学者提出的几种经典的流动模型,由此给出分析旋流泵设计中存在的问题,为今后一个阶段内旋流泵的研究热点和发展方向提供参考。     

凸轮转子泵抽送不同浓度非牛顿流体的流场分析及对性能影响

为了探讨摆线型凸轮转子泵抽送粪污介质的性能变化和针对非牛顿流体类抽送的优化设计,以三叶摆线型凸轮转子泵作为研究对象,选取清水和浓度为6.87%,9.20%,12.15%的猪粪作为抽送介质,对凸轮转子泵进行三维非定常数值模拟,分析内部流场瞬态特性,预测其外特性。分析结果表明:在抽送清水和不同浓度的猪粪时,从泵腔的进口区域到出口区域的压力逐渐升高,随猪粪浓度增大,独立工作腔室的压力增大;抽送非牛顿流体时,间隙处因挤压而产生的速度激增,转子泵腔内的速度分布更加均匀;出口的压力脉动主频均出现在2倍叶频处,压力脉动幅值随猪粪浓度增大而减小;随猪粪浓度增大,出口流量、容积效率及水力效率增大,流量脉动系数减小,其性能优于抽送清水介质。研究为凸轮转子泵输送非牛顿流体时的优化设计奠定了基础。