新型流道式潜水排污泵固液两相流动研究

摘要

流道式潜水排污泵，因通过能力良好等优良特性被广泛应用于污水处理等行业，特别适用于介质颗粒、杂质纤维较多的特殊场合。但是，该类潜水排污泵也存在着磨损、缠绕、堵塞、效率低等缺点，因此，有必要进行新型流道式潜水排污泵的研究。本文应用数值分析与试验相结合的研究方法，对新型流道式潜水排污泵的的各项性能展开了细致的研究，具体研究结果如下:
　　(1)对新型流道式叶轮的设计思想进行了简要描述，阐释了新型的水力设计形式对抗缠绕性能的影响。在三维建模的基础上，将新型流道式叶轮与具有相同功率、比转速、转速的传统型叶轮进行通过能力对比，新型叶轮的最大过球直径上升40％。对计算域几何体进行了多面体网格划分并，建立了计算模型。
　　(2)设计了外特性试验方案，开展了外特性试验，最终获得了泵的外特性试验数据，该结果与数值计算结果进行对比，两者吻合度较高，这也说明应用CFD技术进行泵内部流动分析具有可参考性。
　　(3)对清水状态下泵内部流场进行了详细的分析，对比分析了不同工况下泵内部流场的结构特性与演变过程;对固液两相状态下泵内流动规律进行了细致的研究，分析比较了不同固相浓度、颗粒大小、流量值等对两相流动规律的影响;最后，预测了叶轮表面易磨蚀区域的分布。
　　(4)开展了新型流道式泵的磨蚀试验，对叶轮磨蚀区域进行了定性分析与定量分析;总结了叶轮表面磨蚀区域分布规律;试验中的易磨蚀区域分布与两相流模拟中预测的结果相似。应用3D扫描技术，基于点云之间的偏差分析法对磨蚀结果进行定量分析，最大磨蚀量主要出现在:叶片进口边及其向工作面延伸区域、叶片出口边附近区域、轮毂顶圆端面等。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 优化设计及性能研究

1．2．2 叶轮形式的改进

1．2．3 固液两相流动研究

1．3 课题研究工作

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究流程

1．4 本章小结

第二章 新型泵叶轮及蜗室的介绍

2．1 叶轮介绍

2．1．1 叶轮几何参数

2．1．2 叶轮特点分析

2．1．3 叶轮通过能力对比

2．2 配套蜗室介绍

2．3 数值计算几何模型

2．4 本章小结

第三章 泵的外特性试验

3．1 外特性试验的目的

3．2 外特性试验方案及设备

3．2．1 外特性试验方案

3．2．2 试验现场设备

3．3 试验方法

3．3．1 试验操作步骤

3．3．2 试验主要测量值

3．4 外特性试验结果

3．5 本章小结

第四章 单相清水数值计算分析

4．1 计算软件与网格划分

4．1．1 数值计算软件介绍

4．1．2 网格类型

4．1．3 网格划分及壁面处理

4．1．4 网格无关性检验

4．2 数值计算方法

4．2．1 湍流模型选择

4．2．2 数值计算理论方程

4．2．3 数值计算参数设定

4．3 泵外特性与内流场特性分析

4．3．1 泵外特性对比

4．3．2 涡壳中截面流场分析

4．3．3 设计工况下基圆上的绝对速度分析

4．3．4 湍动能分析

4．3．5 叶表压力分析

4．4 本章小结

第五章 固液两相数值计算分析

5．1 多相流函数模型

5．2 数值计算方法

5．2．1 多相流模型选择

5．2．2 多相流介质设定

5．2．3 数值计算参数设定

5．2．4 数值计算结果收敛性调节方法分析

5．3 数值计算结果

5．3．1 颗粒浓度对泵特性的影响

5．3．2 颗粒粒径对泵特性的影响

5．3．3 流量对固相颗粒分布的影响

5．4 本章小结

第六章 泵的磨蚀试验

6．1 磨蚀试验原理方案

6．1．1 泵磨蚀机理

6．1．2 磨蚀试验原理及方案图

6．2 几种典型磨蚀位置分析

6．2．1 双叶片潜水排污泵的磨损

6．2．2 三叶片潜水排污泵的磨损

6．2．3 四叶片潜水排污泵的磨损

6．3 试验材料与设备

6．4 磨蚀试验操作步骤

6．5 磨蚀结果定性分析

6．5．1 磨蚀试验分时记录结果

6．5．2 数值模拟与试验结果对照

6．6 磨蚀结果定量分析

6．6．1 磨蚀结果称重分析

6．6．2 磨蚀结果的3D扫描偏差分析

6．7 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 研究总结

7．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况