喷射式液体输送泵内部流场的数值模拟与优化研究

摘要

喷射式液体输送泵是一种利用高速流体作为工作动力的流体机械和混合设备。它具有结构简单、加工容易、成本低廉、能够在各种恶劣条件下稳定工作、密封性好等一系列优点,在国民经济的各个行业中广泛应用,产生显著的经济效益。在农业植保机械中,它主要用做加水泵、给药箱加水或者补充药液。此外,还可以用做射流式混药装置。但是其比较低的传质传能效率限制了进一步的发展。如何能使喷射式液体输送泵在不同环境中实现最优的性能,如何提高传质传能效率,是困扰国内外专家的一个重要问题。
　　 以往的研究都偏重于局部结构的优化对于泵整体性能的影响。本论文从结构入手,研究泵内不同比重流体的混合情况,以及喷射式液体输送泵内表面粗糙度对泵整体性能的影响,期望从整体上把握如何能使喷射式液体输送泵实现最优的传质传能效率。主要内容如下:
　　 1.论述了喷射式液体输送泵设计和应用的发展历程和现状。理论分析了喷射式液体输送泵的内部特性和汽蚀特性,初步掌握了泵内部的流动机理。
　　 2.介绍了CFD技术的原理和数值模拟的步骤,利用PRO／E、CAD进行三维和二维建模,GAMBIT网格划分,初步模拟了喷射式液体输送泵的内部流场,并且与实验数据进行对比,证明了数值模拟的正确性。
　　 3.通过标准的k-ε湍流模型,对喷射式液体输送泵的缩小模型射流式混药装置进行了内部不同比重溶液混合效果的数值模拟。分别模拟了吸入流体比重为1.03 t／m3、1.1t／m3、1.18t／m3的NaCl溶液,工作流体为清水的三种情况下的内部流体混合情况。
　　 4.分别模拟了射流式混药装置吸入口高度为-1m、1m的的内部流体混合情况。还通过模拟加长喉管长度为12mm、24mm、36mm来改善内部流体的混合状况。
　　 5.选用六种工作压力、七种不同比重的NaCl溶液吸入流体、以及五个高度进行试验设计,试验研究了喷射式液体输送泵的缩小模型射流式混药装置的内部不同比重流体的混合效果。并且利用试验数据和模拟结果相对比,证明了模拟结果的正确性。
　　 6.理论探讨了喷射式液体输送泵内部摩擦损失系数对于泵整体性能的影响,并且利用FLUENT分别设置喷射式液体输送泵的缩小模型射流式混药装置的内表面粗糙度为0.3、0.5。通过模拟结果对比不同内表面粗糙度对于射流式混药装置的性能影响。