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旋流泵气液、固液两相流输送特性试验及数值模拟

刘祥松  
【摘要】: 为探明旋流泵内部两相流动的规律,在参考前人研究的基础上,选用32WB8-12模型泵,测试输送气液、固液两相流时泵的性能以及对内部两相流场进行了数值模拟计算。为提高旋流泵的实际运行效率,扩大应用范围,完善内部流动模型的建立提供科学依据。本文主要工作及研究结论如下: 简要介绍了国内外气液、固液两相流的研究现状。阐述了旋流泵的水力部件对性能的影响,在此基础上选取满足试验台测量要求的模型泵。运用Pro/E软件对设计的模型泵进行三维造型;对泵内部流道区域进行非结构化网格划分。 对旋流泵汽蚀状态、气液混输性能初步分析基础上,进行了汽蚀性能试验,计算出临界汽蚀余量NPSH_c随流量q_v的变化曲线。在此基础上,假定通入空气为泡状流动,对泵气液混输特性进行型式试验,得到了含气量对泵流量、扬程及效率影响的变化规律;在整个流道内,空气主要集中在轮毂处,形成密集的气泡群。将汽蚀试验与气液混输试验进行对比分析,探索气相对旋流泵性能的各种影响和作用机理,证明旋流泵具有气液混输功能。 选用菜籽、小麦、黄豆为固相工作介质,通过改变固相体积分数的方法,研究固液两相流对旋流泵性能的影响。对泵输送这些流体时的扬程、效率和汽蚀性能变化的试验结果进行分析,探索固相对旋流泵性能的影响和作用机理。通过压力与颗粒分布,分析了颗粒浓度、粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响。试验结果表明:粒径不变时,泵进出口总压差随颗粒浓度的增加而下降,泵的扬程和效率均有所降低;颗粒浓度不变时,泵进出口总压差随粒径的增加而降低,泵的扬程和效率均有所降低。 采用Mixture多相流模型及RNG k-ε湍流模型对旋流泵在最优工况下的内部气液、固液两相湍流场进行了数值模拟;得到了叶轮及无叶腔区域的内部流动情况和速度及静压分布规律,并将计算结果与实验研究对比分析,验证了数值模拟的可靠性。


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