離心泵管路系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單,體積小,而且流量穩(wěn)定,性能范圍廣等優(yōu)點(diǎn),因而成為海底采礦過程中的礦物提升系統(tǒng)中的優(yōu)選動力提供設(shè)備,但是在介質(zhì)輸送過程中,流動介質(zhì)對過流壁面的磨損是一個無法避免的問題。本文考慮到大顆粒流動中不可忽略的顆粒-顆粒、顆粒-壁面間作用,采用CFD-DEM相結(jié)合方法,對一臺單級單吸式固液兩相流離心泵及其管路系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中采用油漆涂層法觀測磨損位置和超聲波測厚法測量壁面厚度損失,測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在不同顆粒質(zhì)量濃度下（Cm=1%～Cm=10%）性能變化,實(shí)驗(yàn)選用顆粒直徑3 mm,兩相流介質(zhì)流量70 m3/h。主要研究結(jié)果如下:（1）離心泵性能會受到流動介質(zhì)屬性影響,當(dāng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大時,離心泵揚(yáng)程和效率下降明顯,但是軸功率變化緩慢,呈輕微的先上升再下降的趨勢,這是由于顆粒密度高,流動性差,輸送顆粒需要更多的能量,同時顆粒影響了離心泵內(nèi)的流場分布,使泵內(nèi)部分區(qū)域渦尺寸和數(shù)量都增大,導(dǎo)致泵的整體性能下降。（2）離心泵葉片工作面和蝸殼6-7斷面之間區(qū)域磨損最為嚴(yán)重,而且葉輪、蝸殼及前后耐磨板瞬時厚度損失率均隨著葉輪旋轉(zhuǎn)周期性變化。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)至蝸殼5-6斷面上方... 

【文章來源】：浙江理工大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１某水力提升采礦系統(tǒng)示意圖??Ｉ??

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?固液兩相離心泵管路系統(tǒng)磨損研究??泵部件磨損??丨?［丨?－－；??；?葉輪調(diào)節(jié)丨，．離心栗水力性能；；／?ｍｍｍ．?；??ｉ??＼?＼?；?／?顆粒ｈ性??電機(jī)?１＼?．?；?：＼?—?｜??｜?功率＆轉(zhuǎn)速?／?；丨?離心泵材質(zhì)?：、?操作壓力，流故??ｉ丨設(shè)計(jì)丨Ｚ?｜?ｉ?｜福作ｉ?；?ｉ?＼丨流程丨｜??圖１．２離心泵磨損影響因素??在目前很多實(shí)際工程中，固液兩相中大顆粒流動工況居多，但是大顆粒運(yùn)動與過流壁??面之間的關(guān)系與小顆粒不同，其研宄難度更高。Ｓａｌａｈ?Ｚｏｕａｏｉｉ１１６１通過實(shí)驗(yàn)研宄了大顆粒在??水平管道內(nèi)的流動情況，研究者通過改變顆粒材料、粒徑和濃度對固體輸運(yùn)過程中的重要??參數(shù)（壓力、速度等）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。發(fā)現(xiàn)壓力梯度力與混合速度之間的關(guān)系與純液體流??動的關(guān)系存在顯著差異。Ｒａｖｅｌｅｔ１１７１對５ｍｍ以上的大型固體顆粒在水平管內(nèi)的水力輸送進(jìn)??行了實(shí)驗(yàn)研究，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于質(zhì)量和動量平衡的一維模型進(jìn)行了比較，而且類比提出??大顆粒在垂直管道中的流動模型，并與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。Ｌｉｌ｜８）對彎管內(nèi)３ｍｍ??大粒徑顆粒進(jìn)行了磨損實(shí)驗(yàn)，并使用離散單元法得到了流場和顆粒的運(yùn)動的關(guān)系，揭示磨??損形成機(jī)理，結(jié)果表明磨損程度伴隨顆粒質(zhì)量濃度同步增大，但是達(dá)到某一定值之后，由??于顆粒在壁面形成保護(hù)層而磨損速率保持不變。Ｔａｎ１１９１等人采用高速攝像技術(shù)，對雙葉片??泥漿泵內(nèi)的大顆粒單顆粒運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了跟蹤。分析了粒子直徑和粒子密度對粒子通過和??碰撞特性的影響。結(jié)果表明，隨著顆粒直徑的增大，通過離心泵時間的平均值先減小后增??大，不同

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?固液兩相離心泵管路系統(tǒng)磨損研宄??宄。郭豹［６４］研宄了管徑的突然擴(kuò)大的突擴(kuò)管，對一豎直突擴(kuò)管的兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬，基??于拉格朗日顆粒追蹤法對顆粒的軌跡進(jìn)行預(yù)測，對比文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果，對三種常見的磨??損預(yù)測模型的磨損預(yù)測效果進(jìn)行評估分析。??１．３本文研宄內(nèi)容??固液兩相離心泵管路系統(tǒng)是深海采礦系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備之…，在輸送漿料過程中，??過流部件的磨損無法避免，設(shè)備磨損造成的設(shè)備穩(wěn)定性下降和頻繁檢修不利于連續(xù)生產(chǎn)。??針對以上問題，本文對一臺固液兩相離心泵及其管路系統(tǒng)進(jìn)行了研究，分析了離心栗性能??變化，顆粒流動過程及壁面磨損規(guī)律。實(shí)驗(yàn)采用了油漆涂層法觀測磨損位置及超聲波測厚??法測量厚度損失；數(shù)值計(jì)算運(yùn)用ＣＦＤ－ＤＥＭ耦合方法，ＦＬＵＥＮＴ?（ＣＦＤ）軟件用于計(jì)算流??場分布，ＥＤＥＭ?（ＤＥＭ）用于計(jì)算顆粒運(yùn)動及其對壁面造成的磨損。探索離心泵及管路中??內(nèi)大顆粒流動規(guī)律及其對離心泵性能和磨損影響，揭示磨損機(jī)理，為固液兩相離心泵的降??耗減損和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。??研宂／／案????Ｉ????１．?＂???＇＂Ｉ??實(shí)驗(yàn)研宂?｜數(shù)值模擬??＼?｜??外特ｔｉ實(shí)驗(yàn)?——￣?——＾￣?ｒ—＾???Ｉ?賭損實(shí)驗(yàn)?Ｆｌｕｅｎｔ?Ｅｄｅｍ?????「?＋?＇?ｃ＊?ｔ?￣ＣＦＤ－ＤＥＭ??Ｗ水性能實(shí)驗(yàn)兩相流性能實(shí)驗(yàn)??一?Ｑ，?Ｃｍ?｜?，?：：?：１??同液兩相流動尚心泵及其管路系統(tǒng)壁而磨損??圖１．３研宄方案??９??


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