固相浓度对离心泵内部流场影响分析

摘要

离心泵是一种广泛应用于水力输送、冶金、矿山、化工等行业的水力机械，主要用于输送固液混合物。近年来，随着计算流体力学(CFD)的不断发展，离心泵的CFD研究与离心泵设计联系越来越紧密。前人在颗粒直径对泵内部流场影响分析中较多选用微小型颗粒进行研究，也较少对比离心泵在实际工作时的磨损实例来验证分析出的理论结果。本课题主要研究固相浓度和介于微小和细小型之间的颗粒直径为0.2mm及0.5mm时对离心泵内部流场的影响并对比现实中几种泵磨损实例来加以验证。　　 本文对离心泵建立了三维模型，之后使用FLUENT前处理器GAMBIT对其进行网格划分，导入FLUENT分析软件对离心泵在清水场及固液两相流情况的内部流场进行模拟，分别分析当颗粒直径为0.2mm，初始固相浓度为15％，25％及35％;颗粒直径为0.5mm，初始固相浓度为15％，25％时离心泵的内部压力、速度、固相浓度分布情况。　　 通过FLUENT对离心泵在清水场时内部流场的数值模拟，得出液体在离心泵内速度、压力的分布情况;固液两相流状态时分别从颗粒直径与固相浓度两个因素对离心泵内压力、速度及固相浓度分布的影响进行模拟分析并计算不同固相浓度对泵扬程和效率的影响。　　 总结出固体颗粒在离心泵内主要的运动轨迹，得出泵内主要磨损主要部位在蜗壳近壁面端及蜗壳隔舌处，叶轮进口叶片工作面侧的结论。将现实中离心泵实际工作时的磨损实例与FLUENT模拟分析结果进行对比，验证了本文离心泵模型建立和FLUENT分析结果的正确性。为以后对离心泵磨损机理研究及离心泵结构选型和优化提供了相应的理论数据基础。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 离心泵工作原理及基本结构简介

1．2．1 离心泵基本工作的相关原理

1．2．2 离心泵的基本结构

1．3 离心泵国内外研究现状

1．3．1 离心泵国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 课题研究的内容及意义

第二章 计算流体力学理论及方法简介

2．1 计算流体力学的发展历程

2．2 计算流体力学的计算步骤

2．3 不可压缩流体的质量方程

2．3．1 流体的质量守恒方程

2．3．2 动量守恒方程

2．3．3 能量守恒方程

2．3．4 N-S方程

2．4 常用的CFD软件

2．4．1 FLUENT

2．4．Z PHOENICS

2．5 本章小结

第三章 离心泵性能的影响因素

3．1 离心泵主要性能参数

3．2 离心泵性能的影响因素

3．2．1 浆体质量浓度的影响

3．2．2 叶片结构参数对性能的影响

3．3 本章小结

第四章 离心泵的三维模型建立及模型的网格划分

4．1 三维建模概述

4．2 离心泵三维流场模型建立

4．2．1 叶轮流道的三维模型

4．2．2 蜗壳流道三维建模

4．3 离心泵流道模型网格划分

4．3．1 GAMBIT软件简介

4．3．2 Gambit网格划分过程

4．4 本章小结

第五章 Fluent数值模拟结果及分析

5．1 Fluent数值模拟过程简介

5．2 CFD离心泵整机模拟结果分析

5．2．1 清水介质内部流场模拟

5．2．2 固液两相流内部流场模拟

5．3 固液浓度变化对泵扬程及效率的影响

5．4 离心泵蜗壳和叶轮实际工作磨损实例

5．5 总结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文