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固相参数对泵内流动影响的数值模拟与PIV测试

崔巧玲  
【摘要】:固液泵是输送固液混合物的关键设备,在国民生产生活各个领域均有应用,如矿山行业的矿渣输送,水利方面的清淤灌溉等。但是随着固液泵的广泛应用,它在实际使用过程中存在的缺点和不足也逐渐暴露出来,如过流部件磨损严重及效率偏低等。同时由于两相流动的复杂性,关于这方面的理论研究及设计还不成熟,仍处于探索与发展阶段,流道内部许多固液两相流动规律还没有被揭示出来,在工程实际中多数的设计是建立在经验基础之上,以至于设计出的泵性能得不到保证。因此迫切需要对泵的内部流动进行深入研究,为设计出性能高和运行稳定的泵提供理论基础。粒子图像测速技术(particle imagevelocimetry,PIV)是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法,通过它能够获得平面流场的图像,进而获得平面区域的速度场。目前PIV技术已成为一种有效的速度场测量方法。 本文主要对固液两相流泵进行数值模拟与分析,并采用PIV技术对泵内部固液两相流场的分布情况进行测量。通过对泵内部流场的PIV试验测试与数值模拟结果进行对比研究,以期进一步认识固液泵内部流动的流场结构和流动规律,这将有助于改善泵的结构设计,提高泵的性能。 本文的主要工作如下: 1)系统阐述了固液两相流泵的研究现状及PIV技术的发展状况。 2)利用UG造型软件进行离心泵实体造型,并使用Gambit进行网格划分,后利用Fluent软件进行清水和固液两相流的数值模拟及结果分析。 3)完善离心泵测试试验台,应用粒子图像测速技术(PIV)对泵在不同工况下的内部流场进行两相流PIV测试试验,并分析流场内固相颗粒的速度变化规律和运动特性。 4)将数值模拟结果与PIV试验结果进行综合对比分析,从而互相验证了数值方法和试验方法的可靠性,取得了有参考意义的试验数据和结果,为后续的固液泵的进一步研究积累了基础。


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