基于固液两相流的高速离心泵流动特性研究

作     者：范飞 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：符杰;陶春华

授予年度：2021年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：高速离心泵 固液两相流 颗粒体积分数 压力脉动 径向力 

摘      要：高速离心泵具有小流量、高扬程而不需要多极化的优点,因而被广泛的使用到高层建筑物的消防、化工、航天和水利等领域。由于水质的原因,泵在输送的过程中时常会伴随着泥沙等固体颗粒,当高速泵输送固液两相介质时,由于液相与固相两种介质的相互作用、相互影响,使机械内部的流动异常复杂,过流部件的磨损和振动等严重地影响着泵的性能和寿命。本文以一台比转速为67的高速泵,基于Mixture多相流模型,分析了不同流量、不同颗粒粒径、不同转速、不同颗粒体积分数等影响因子下,叶轮内部固相体积分数、速度流线分布,并在叶轮流道、隔舌、蜗壳出口等关键位置设置监测点来分析其在不同影响因子下所产生的性能影响、压力脉动及径向力等的变化规律,为高速泵在固液两相下的运行提供一些实际工程参考价值。主要研究成果如下:(1)在叶轮进口颗粒体积分数相同的工况下,在低转速的运行工况下最优效率点向小流量工况偏移,在高转速的工况下运行最优效率点向大流量处偏移;叶轮内部整体的压力分布均是从叶轮进口到出口压力值在增大,并且叶轮进口处、叶片前缘和背面是磨损破坏最严重的部位。(2)高速泵在不同的颗粒直径下运行,漩涡产生的主要位置在叶轮流道内,在蜗壳出口的位置只有部分漩涡出现;在颗粒体积分数相同的工况下,速度流线在趋于大流量高转速工况下分布得较为均匀稳定,流线的均匀程度随着进口流量增大而增强;当叶轮进口流量相同时,颗粒体积分数0.65%是此高速泵固液两相高效运行的临界值。(3)颗粒体积分数为0.65%附近是叶轮流道监测点压力波动快慢的临界值;各监测点压力脉动主要频率发生在叶频和低倍频处;不同颗粒粒径工况下,D=0.1mm是监测点压力脉动增减快慢的分界值;隔舌是诱发压力脉动的主要原因;同一工况在相同的颗粒体积分数时,随着转速的增加各监测点的压力脉动值也在不断增大。(4)在进口流量为0.8Q和颗粒体积分数为0.65%工况时,高速离心泵叶轮所受的径向力较小;固体颗粒直径为0.1mm是叶轮径向力增减快慢的分界值;在不同颗粒体积分数和叶轮转速工况下,在颗粒体积分数为0.65%和转速n=11000r/min工况组合下叶轮所受径向力最小。