固液两相离心泵内部非定常流动特性研究

为研究固液两相流离心泵内部的非定常流动特性,基于滑移网格方法,采用RNGκ-ε湍流模型以及ASMM代数滑移混合物模型,对一台高比转速固液两相离心泵内部流场进行非定常流动的数值模拟,通过分析清水工况数值计算结果、外特性性能实验结果以及固液两相流非定常数值计算结果,获得了非定常条件下固液两相输送离心泵的瞬时外特性曲线和内部流动及磨损规律。研究结果表明:在一个转动周期内,离心泵的扬程、效率和轴功率均呈现正弦波动特征;动静干涉效应使得叶轮出口处的速度和静压分布均呈现周期性波动;模型泵叶轮前后盖板的磨损情况比蜗壳壁面的磨损严重。上述计算结果可为实现高比转速固液两相流离心泵的优化水力设计和减轻磨损提供一定的理论参考。     

螺旋离心泵内固液两相流的数值模拟

以螺旋离心泵为对象,利用欧拉k-ε数学模型对其内部三维流动进行数值模拟,计算了颗粒直径相同和浓度不同、颗粒直径不同和浓度相同以及同一流体中含有两种不同直径颗粒等三种状况下螺旋离心泵的液固两相流场,比较了颗粒直径和浓度对计算结果的影响,分析了浓度、速度、压力等流动参数在泵内的分布规律及相互影响,为改善叶轮的性能和进一步深入研究泵内的液固两相流动机理提供了一定的参考.     

离心泵叶轮内部液固两相湍流的数值模拟

为了深入了解离心泵叶轮内液固两相流流态，利用商用软件FLUENT6．2对叶轮内部不可压液固两相流动进行了数值模拟，获得了叶轮内的相对速度分布、压力分布以及固相浓度分布。研究结果表明。由于固体颗粒的存在将对液相相对速度场产生影响，造成泵输送液固两相流时的扬程比输送单相流时有所下降。     

离心泵叶轮中固液两相流动的数值模拟

针对绿液输送过程中，析出的结盐颗粒物堵塞泵内部流道这一现象，从弄清离心泵叶轮中固液两相流的流态出发，分析叶轮内部流场对结盐的影响。通过商用软件fluent6．1．22，利用混合模型对叶轮内部不可压固液两相流动进行了数值模拟。根据计算结果，对叶轮中两相紊流的速度分布、压力分布进行了分析，初步了解泵在输送含结盐颗粒的固液两相流时，结盐颗粒对液相流场的影响。     

螺旋式纸浆离心泵的研究进展

介绍了螺旋式离心泵的基本结构和原理，对新产品设计过程中需要解决的技术问题进行了总结。分析了螺旋式离心泵工业应用、理论设计、试验研究、内部流动数值模拟、叶轮受力和动平衡等方面的国内外研究进展，指出了水力模型设计、内部流动数值模拟、定量测试的研究方向。     

大颗粒下螺旋离心泵内运动特性数值模拟与分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为模型,采用欧拉多流体、RNG k-ε模型对其内部进行三维数值模拟。对比不同颗粒粒径以及浓度情况下固液两相流场,分析了在大颗粒情况下,固体颗粒在螺旋离心泵内的运动情况。通过固相体积分数、压力以及速度分布,得出了大颗粒固液两相流在螺旋离心泵内的运动特性。并以此为参照,分析大颗粒情况下螺旋离心泵磨损情况。     

离心泵蜗壳对叶轮内部流动的影响研究

本文基于三维雷诺时均的Navier—Stokes方程和标准的k—ε湍流模型，采用三维无结构网格及压强连接的隐式修正SIMPLEC算法，利用Fluent中提供的多重参考系（MRF）模型，分别对IB型离心泵的叶轮与整机流道进行内部流动的数值模拟，根据计算结果分析离心泵蜗壳对叶轮内部流动的影响，揭示离心泵内的流动规律。对离心泵性能的预测值与实验值作了比较以验证计算结果的正确性。     

基于三维紊流数值计算的离心泵叶轮优化设计

应用标准k-ε紊流模型加壁面函数法对离心水泵叶轮内部的三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析。分析了离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,研究了离心泵叶轮通道内流动规律,提出了三维紊流数值分析基础上的离心泵叶轮优化设计方法。实例表明用三维紊流数值模拟方法研究叶轮内部流场是改进和优化叶轮设计的一个重要手段。     

螺旋离心泵不同工况下流固耦合受力分析

螺旋离心泵叶轮结构不对称性，在运行过程中所受一定的轴向力和径向力，对运行效率具有较大影响。对螺旋离心泵进行了全流道固液两相流计算，对叶轮表面压力分布、叶轮表面应力分布进行了分析，得出随着工况不断向大流量方向偏移，叶轮表面的压强逐渐增大，但叶片工作面和背面之间的压差却越来越小。流量和扬程呈负相关的关系，即流量越大，扬程越低。螺旋离心泵在运行过程中存在极大的轴向力，还受到一定的径向力。轴向力随着流量的增大而增大，扬程的增大而减小。螺旋离心泵在设计工况下运行最为稳定，越是偏离设计工况，内部流动情况越为紊乱，螺旋离心泵运行越不稳定，叶轮表面应力分布同样呈现出与流量负相关，即流量增大，叶片的应力和应变变小，在进行叶轮设计时，应在小流量工况下进行强度校核。     

双叶片螺旋离心泵固液两相流特性研究

为研究双叶片螺旋离心泵叶轮内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准k-ε湍流方程以及SIMPLE算法,应用流体动力学软件对双叶片螺旋离心泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多粒径及初始固相体积浓度条件下的固相体积浓度分布规律。通过分析可得到固体颗粒存在由叶片压力面向吸力面迁移的趋势,同时有从轮毂侧向轮缘侧运动的趋势;通过外特性分析得到了相同粒径下水泵扬程随固相浓度的升高而减小,相同固相浓度下水泵扬程随粒径的增大而减小的变化趋势。     

Numerical simulation and analysis of solid-liquid two-phase flow in centrifugal pump

The flow with solid-liquid two-phase media inside centrifugal pumps is very complicated and the relevant method for the hydraulic design is still immature so far.There exist two main problems in the operation of the two-phase flow pumps,i.e.,low overall efficiency and severe abrasion.In this study,the three-dimensional,steady,incompressible,and turbulent solid-liquid two-phase flows in a low-specific-speed centrifugal pump are numerically simulated and analyzed by using a computational fluid dynamics(CFD) code based on the mixture model of the two-phase flow and the RNG k-two-equation turbulence model,in which the influences of rotation and curvature are fully taken into account.The coupling between impeller and volute is implemented by means of the frozen rotor method.The simulation results predicted indicate that the solid phase properties in two-phase flow,especially the concentration,the particle diameter and the density,have strong effects on the hydraulic performance of the pump.Both the pump head and the efficiency are reduced with increasing particle diameter or concentration.However,the effect of particle density on the performance is relatively minor.An obvious jet-wake flow structure is presented near the volute tongue and becomes more remarkable with increasing solid phase concentration.The suction side of the blade is subject to much more severe abrasion than the pressure side.The obtained results preliminarily reveal the characteristics of solid-liquid two-phase flow in the centrifugal pump,and are helpful for improvement and empirical correction in the hydraulic design of centrifugal pumps.     

离心式固液两相流泵叶片形状对流体动力特性影响的研究

给出了考虑离心力作用时的叶片近壁表面固液两相流体粘性流动的分析方法,以实泵为例从理论上分析和阐述了叶片形状对流体的动力特性的影响,并通过对比试验对其进行了验证。明确了这种影响主要体现在三个方面,即泵的水力效率及其动力性能和理论扬程。同时给出了叶片型线的优劣评价依据和如何实现或获得一条合理叶片型线的方法。所得结论对离心式固液两相流泵叶片型线的选型和设计具有指导意义。     

Application of gamma-ray computed tomography for the analysis of gas holdup distributions in centrifugal pumps

In this work, gas–liquid distributions in an industrial centrifugal pump operated at various steady state conditions have been quantitatively determined. Therefore, high-resolution gamma-ray computed tomography (HireCT) has been applied, operated in time-averaging rotation-synchronized CT scanning mode. Detailed studies have been performed on a hydraulic test facility providing authentic operating conditions for industrial centrifugal pumps. The gas phase distribution in the centrifugal pump has been studied for swirling gas–liquid two-phase flow as an inlet flow regime and at defined inlet gas volumetric flow rates between 0% and 5%. In this way, the influence of the inlet flow boundary conditions on the performance of the centrifugal pump as well as the gas holdup distribution within the impeller region could be successfully determined.     

液力偶合器气液界面追踪数值模拟

部分充液下液力偶合器内部介质运动为离心力场作用下的复杂两相流动,而液相分布形态对涡轮输出特性有着直接影响。为掌握偶合器内液相分布规律,将工作腔内介质运动视为分层流动,采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)两相流模型,追踪562型标准桃形腔偶合器内不同工况下的气—液分界面。建立三维周期性流道模型,采用Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators,PISO)压力耦合算法,并用内部面模拟泵、涡轮间的交互作用,转速比i=1.0和i=0.6时的叶片表面液相分布与文献中试验结果具有高度相似性。仿真结果表明,随泵涡轮间转差增大,气液分界面倾斜加剧,直至形成大的环流,而泵轮叶片压力面液相分布区域增大,吸力面液相减小;低挡圈(R=155 mm)对环流形态影响较小,主要起到限矩作用,而高挡圈(R=175 mm)可抑制大环流的产生。     

单相及两相水润滑介质的物性参数获取

核主泵轴承水介质在高温下受热出现两相现象,气液两相对核主泵轴承性能有一定的影响,有必要对单相及两相下水介质物性参数进行研究。研究核主泵轴承工况的水介质物性情况,获取水介质在单相及两相的物性参数。研究结果表明:单相(液相或气相)水介质在一定的压力和温度下,可建立单相水介质密度和黏度随压力和温度的关系或直接查表获得物性参数(密度、黏度);两相水介质物性参数的确定可以采用两相均质混合模型方法进行计算,从液态变成全气态的水介质黏度和密度连续下降至全液态时的1/6。     

Phase discrimination and a high accuracy algorithm for PIV image processing of particle–fluid two-phase flow inside high-speed rotating centrifugal slurry pump

PIV technology is an efficient and powerful measurement method to investigate the characteristics of fluid flow field. But for PIV particle image post-processing, some problems still exit in two-phase particles discrimination and velocity field algorithm, especially for high-speed rotating centrifugal slurry pump. In this study, through summarization and comparison of the various phase discrimination methods, we proposed a two-phase identification method based on statistics of gray-scale level and particle size. The assessment of performance through experimental PIV images shows that a satisfying effect for particle identification. For high speed rotation of the impeller, a combination of adaptive cross-correlation window deformation algorithm and multistage grid subdivision is presented. The algorithm is applied to experimental PIV images of solid–liquid two-phase flow in a centrifugal slurry pump, the results show that the algorithm in the present study has less pseudo vector number and more matching particle pairs than those of fixed window and window translation methods, having the ability to remove pseudo vector efficiently. It confirmed that the algorithm proposed in the present study has good performance and reliability for PIV image processing of particle–fluid two-phase flow inside high-speed rotating centrifugal slurry pump.     

叶片数对螺旋离心泵内部流场影响研究

利用工程上普遍采用的k-ε两方程模型和SIMPLE算法,对单叶片和双叶片螺旋离心泵的内部流场进行了数值模拟.得出了叶轮与蜗壳内的速度分布和压力分布等流场信息,比较了单叶片和双叶片螺旋离心泵的特性曲线,单叶片和双叶片螺旋离心泵内部流场的区别与联系,分析了叶片数对螺旋离心泵内部流动规律的影响.     

中浓浆泵湍流发生器叶片型线设计研究

湍流发生器是离心式中浓纸浆泵的关键部件,其作用是使纸浆实现流体化并进行气液分离。本文提出一种采用等螺距和变螺距相结合的叶片型线的湍流发生器,推导了其型线方程。为了验证新设计叶片型线湍流发生器的性能,设计了4种不同叶片型线的湍流发生器。基于CFX软件,采用Eeulerian气液两相流模型和RNG k-ε湍流模型,模拟了不同叶片型线的湍流发生器中浓纸浆悬浮液的三维流场,预测了水力性能和气液分离效果,分析了不同叶片型线对湍流发生器性能的影响。结果表明,采用等螺距和变螺距相结合的叶片型线的湍流发生器具有较好的水力性能和气液分离效果。该模型在生产实际中得到了应用。