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渣浆泵内部流场的定常与非定常数值模拟

沈建锋  
【摘要】: 离心式渣浆泵广泛应用于水利、冶金、化工、电力等行业,用于输送水与固体颗粒混合形成的一种密度更高的两相流体。从渣浆泵使用中所普遍暴露的效率低、寿命短的主要问题来看,了解泵内部流场的流动规律显得尤为重要。泵内流场研究最直接、最可靠的方法是实验,但是面临着实验设备的投资大、实验的周期性长等一系列问题。目前CFD模拟已经达到一定的水平,并且成本低、可准确直观的反映出泵内的流动规律。 本课题的主要研究内容和所做的主要工作如下: 1、根据渣浆泵的结构特点以及内部流场特征,忽略轮毂与后护板间的间隙流动,对渣浆泵内部流动区域进行了简化,并将其划分为进口区、转轮区、蜗壳区三个区域。 2、对渣浆泵进行精确的三维实体造型与网格划分,这为提高过流部件内部流动CFD数值模拟精度奠定了可靠的基础。 3、采用k-ε模型来封闭求解N-S方程。对封闭的方程组进行数值求解,采用有限体积法进行离散,压力修正使用SIMPLE算法,利用FLUENT软件对渣浆泵进行了定常与非定常情况下的数值模拟,结果如下: 1)对渣浆泵在清水介质下进行三维定常数值模拟,分析了流量变化对渣浆泵内外特性的影响; 2)运用合并网格与滑移网格技术,对渣浆泵在清水介质下进行三维非定常数值模拟,分析了非定常情况下随着叶轮的转动,瞬时出口压力与瞬时扬程的变化规律; 3)在定常情况下分析了不同固体颗粒直径及浓度对叶轮和蜗壳的压力场、速度场的影响,固体颗粒对渣浆泵效率与扬程的影响,固体颗粒对渣浆泵磨损的影响; 4)计算了渣浆泵背叶片所平衡的轴向力,模拟了背叶片对内外特性的影响,用模拟的方法验证了背叶片在密封方面所起的作用。 由于时间有限及本人的经验不足,本课题有很多细节没有到位,有待继续研究和探讨。


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