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《江苏大学》 2010年
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离心泵叶轮内盐析晶体颗粒运动及粒径分布特性的研究

吴承福  
【摘要】: 伴有盐析的两相流动过程中,存在晶体物质析出、生长、聚并、破碎及溶解等复杂的微观现象,因此溶液中晶体颗粒数、粒径及化学成分都在不断变化,大大增加了数值研究盐析两相流场的难度。而盐析两相流中晶体颗粒的运动及粒径分布特性直接决定着流体机械内部结盐区域及速率,是盐析理论体系的主要内容之一,但至今仍处于探索阶段。 本文在国家自然科学基金项目“叶轮机械内伴有盐析的液固两相流动的研究”(No.50476068)和教育部博士点基金项目“盐溶液输送过程中的流动与相分离作用机理研究”(No.20060299008)的资助下,以离心泵为研究对象,Na2SO4过饱和溶液为输送介质,对不同工况下盐析两相流场中晶体颗粒的粒径分布特性及运动规律进行了较为全面的研究,主要工作及所取得的研究成果如下: 1、简要介绍了盐析两相流及群体平衡模型的国内外研究现状,阐述了盐析晶体的微观行为与群体平衡模型的基础理论,为数值模拟中计算模型的选择奠定理论基础; 2、在前人研究的基础上,设计并加工一台离心泵,为数值计算及实验研究提供研究模型; 3、根据模型泵结构参数运用三维造型软件Pro/E对其进行三维造型,并对泵内部流道区域采用非结构网格划分方法,为提高网格质量及加快求解速度对部分计算区域的网格进行局部加密; 4、考虑盐析两相流中晶体颗粒存在着复杂的微观行为,数值模拟离心泵内部盐析两相流场时,在Mixture双流体模型的基础上引入群体平衡模型(PBM),以描述盐析两相流中实际存在的相间作用力及各种微观现象,从而获得不同流量、固相体积分数、温度下叶轮内部流场盐析晶体颗粒的粒径分布及组分数分布等信息,得出“大颗粒进入叶片流道内有向压力面聚集的趋势”等结论; 5、介绍了粒子图像测速技术(PIV)的工作原理,并运用该测量系统对离心泵内部盐析两相流场进行测量,以获得叶轮内部流场盐析晶体颗粒精确的运动、粒径分布特性,从而验证了数值计算结果的准确性及群体平衡模型应用于流体机械盐析理论研究的可行性,得到“晶体颗粒相对速度变化较大区域出现在叶片流道的靠近出口处”等结论。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH311

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