本文關(guān)鍵詞：基于DPM的螺旋離心泵磨蝕特性分析

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【摘要】：螺旋離心泵是將螺旋泵和離心泵結(jié)合起來(lái)形成的一種新型固液兩相流泵,廣泛應(yīng)用于水利、礦山、化工、電力、土建、環(huán)保等工業(yè)部門(mén),其獨(dú)特的葉輪結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn)。相比于其他固液兩相流泵,螺旋離心泵具有無(wú)堵塞性能好、效率高、功率曲線平坦等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為輸送固液兩相介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備。固液兩相流中固體顆粒的存在及其對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨蝕行為,導(dǎo)致螺旋離心泵在運(yùn)行過(guò)程中存在效率低,噪聲大,過(guò)流部件使用壽命短等突出問(wèn)題,造成設(shè)備和能源的浪費(fèi)。我國(guó)對(duì)固液兩相流泵的研究始于20世紀(jì)80年代初,與同類(lèi)國(guó)外產(chǎn)品相比,國(guó)內(nèi)的固液兩相流泵效率低出5%~15%,泵的使用壽命低10%~50%。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)固液兩相流泵的磨蝕研究主要采用Mixture雙流體模型和離散相模型,但這兩種模型均具有自身的局限性。Mixture雙流體模型主要從固相體積分布來(lái)判斷泵過(guò)流部件的磨蝕情況,但并不能定量的計(jì)算出磨蝕量;離散相模型不考慮粒子對(duì)連續(xù)流體運(yùn)動(dòng)的影響,所以只適用于固相體積分?jǐn)?shù)不大于10%的情況,且顆粒直徑通常選用等值分布方法。本文基于固液兩相三維湍流理論,結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法,針對(duì)不同工況的固液兩相流選用不同模型,定性分析了泵的磨損部位,定量計(jì)算出泵過(guò)流部件的磨損量,為改善螺旋離心泵的性能提供理論依據(jù)。論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.基于離散相模型(DPM),分析了不同流量、不同顆粒密度及不同固相體積分?jǐn)?shù)工況下螺旋離心泵葉片工作面的磨蝕規(guī)律及對(duì)應(yīng)流場(chǎng)情況。2.基于DPM,分析了固相體積分?jǐn)?shù)較低(10%-12%),顆粒直徑恒定工況下泵過(guò)流部件的壓力分布和速度分布。3.將Euler模型與DPM相結(jié)合分析了固相體積分?jǐn)?shù)巨大、非等粒徑分布工況下過(guò)流部件的磨蝕規(guī)律及磨蝕量,并與基于Mixture雙流體模型的顆粒體積分布進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了應(yīng)用離散相模型模擬過(guò)流部件磨蝕規(guī)律的可行性。4.定量分析螺旋離心泵輸送固液兩相介質(zhì)并發(fā)生磨蝕行為過(guò)程中內(nèi)流場(chǎng)的非定常流動(dòng)特性,在蝸殼的中截面及隔舌位置設(shè)置壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn),從壓力時(shí)域分布得到隔舌處的脈動(dòng)現(xiàn)象及幅值大小,并從壓力頻域分布得到蝸殼中截面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)現(xiàn)象及幅值大小和范圍。
【關(guān)鍵詞】：螺旋離心泵 固液兩相流 性能預(yù)測(cè) 磨蝕特性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH311
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題來(lái)源及名稱(chēng)10
• 1.1.1 課題來(lái)源10
• 1.1.2 課題名稱(chēng)10
• 1.2 研究背景及意義10-11
• 1.3 螺旋離心泵相關(guān)理論及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 螺旋離心泵設(shè)計(jì)理論與研究方法12-13
• 1.3.2 螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)及外特性研究13-14
• 1.4 固液兩相流泵相關(guān)理論及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 固液兩相流泵磨損理論研究進(jìn)展15
• 1.6 本文主要工作概述15-17
• 第2章 螺旋離心泵固液兩相湍流數(shù)學(xué)模型17-22
• 2.1 固液兩相流體及螺旋離心泵的基本參數(shù)17
• 2.2 螺旋離心泵輸送固液兩相流的基本方程17-21
• 2.2.1 Mixture雙流體模型的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程18
• 2.2.2 DPM的相關(guān)理論及基本方程18-21
• 2.2.3 DDPM的相關(guān)理論21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 螺旋離心泵全流道三維幾何建模及網(wǎng)格劃分22-26
• 3.1 螺旋離心泵全流道三維幾何模型構(gòu)建22-23
• 3.1.1 螺旋離心泵葉輪幾何建模22
• 3.1.2 螺旋離心泵蝸殼幾何建模22-23
• 3.1.3 螺旋離心泵吸水室?guī)缀谓?/span>23
• 3.1.4 螺旋離心泵整機(jī)幾何模型組建23
• 3.2 螺旋離心泵全流道三維網(wǎng)格處理及數(shù)值求解方法23-25
• 3.2.1 利用ICEM對(duì)螺旋離心泵整機(jī)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的主要步驟24-25
• 3.2.2 螺旋離心泵控制方程的離散化及流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法25
• 3.3 本章小結(jié)25-26
• 第4章 基于DPM的螺旋離心泵定常數(shù)值模擬結(jié)果與分析26-42
• 4.1 螺旋離心泵的外特性及內(nèi)部流動(dòng)情況分析26-30
• 4.1.1 清水及固液兩相流的外特性對(duì)比分析26-27
• 4.1.2 變流量工況下螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性分析27-28
• 4.1.3 變顆粒密度工況下螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性分析28-29
• 4.1.4 變離散相體積分?jǐn)?shù)工況下螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性分析29-30
• 4.2 基于DPM的螺旋離心泵磨蝕特性分析30-36
• 4.2.1 變流量清水工況下螺旋離心泵的壓力分布31-32
• 4.2.2 變流量固液兩相工況下螺旋離心泵的壓力分布32-34
• 4.2.3 變離散相粒徑工況下螺旋離心泵的壓力分布34-35
• 4.2.4 變離散相密度工況下螺旋離心泵的壓力分布35-36
• 4.3 基于DDPM的螺旋離心泵磨蝕特性分析36-41
• 4.3.1 混合粒徑對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨蝕影響36-38
• 4.3.2 離散相體積分?jǐn)?shù)對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨蝕影響38-40
• 4.3.3 Mixture模型下顆粒在過(guò)流部件表面的體積分?jǐn)?shù)分布情況40-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第5章 基于DPM的螺旋離心泵非定常數(shù)值模擬結(jié)果與分析42-49
• 5.1 不同流量對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨蝕影響42-43
• 5.2 不同離散相粒徑對(duì)螺旋離心泵過(guò)流部件的磨蝕影響43-45
• 5.3 不同流量對(duì)蝸殼壓力脈動(dòng)的影響45-48
• 5.4 本章小結(jié)48-49
• 第6章 結(jié)論與展望49-51
• 6.1 主要結(jié)論49
• 6.2 課題研究方向展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 致謝55-56
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文56

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