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环形射流泵输送果蔬的特性研究

环形射流泵输送果蔬的特性研究

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作者：邹佳林武汉大学

学位级别：硕士

果蔬产业随着时代不断发展,传统机械式的输送方式已经不能满足如今的果蔬输送要求。环形射流泵作为一种水力输送机械,在果蔬输送过程中兼顾了输送和清洗两种功能,是一种很有前途的输送方式,然而环形射流泵用于果蔬输送的研究尚未见报道... 详细信息

果蔬产业随着时代不断发展,传统机械式的输送方式已经不能满足如今的果蔬输送要求。环形射流泵作为一种水力输送机械,在果蔬输送过程中兼顾了输送和清洗两种功能,是一种很有前途的输送方式,然而环形射流泵用于果蔬输送的研究尚未见报道。为此,本文采用试验、高速摄像技术和基于MPM模型的数值模拟相结合的方法,对环形射流泵输送果蔬的输送性能、损伤和输送过程中果蔬运动与泵的相互作用等展开了研究,论文的主要工作和成果如下:(1)试验研究了不同结构参数和水力参数下环形射流泵的效率、压力比、水功率和压力等因素的变化规律。随着工作流体流量的增加,环形射流泵的流量比和效率随之增大,压力比随之降低,当工作流体流量增大到一定程度时,环形射流泵内部会发生空化现象,此后流量比、效率和压力比都将随其增加而减小,面积比越小的环形射流泵越容易发生空化。随着工作流体流量的增加,环形射流泵的水功率随之增加,且增加的速率随之增大,面积较大的环形射流泵水功率随工作流体流量增加而增大的速率更快。环形射流泵内部具有较大的轴向压力变化。(2)试验研究了不同结构参数和水力参数下环形射流泵输送果蔬的能力。随着工作流体流量的增加,环形射流泵输送果蔬的能力随之增大,但输送单位质量果蔬的能耗随之增大;在相同的水功率下,面积比较大的环形射流泵输送果蔬的能力较强;环形射流泵输送果蔬的能力随着输送高度的增大而下降,输送单位质量果蔬的能耗随之增大。在所有影响果蔬输送能力的三个因素里,工作流体流量对输送能力和输送能耗的影响最大,面积比次之,输送高度最小。环形射流泵对于不同果蔬的输送能力也不相同,对于马铃薯的输送能力最强,其输送能耗也最低,然后是圣女果和金桔,对于胡萝卜的输送能力最弱。果蔬在输送过程中的损伤包括质量损失和表面破损,主要是输送过程与壁面以及管道连接处的凸台碰撞导致的。影响果蔬损伤程度的主要因素是果蔬在输送过程中的速度和摆动程度,所以随着流量比的增大,果蔬的损伤随之增大。(3)利用高速摄像技术和数值模拟相结合的方法对果蔬在泵内的运动进行了研究。从吸入室到喉管末端是果蔬的加速过程,对于工作流体流量较小的工况,果蔬在此过程之前还会经历一段短暂的减速过程,这是因为吸入室会发生回流现象,工作流体流量越小,回流现象越明显。果蔬进入扩散管后,由于流道的开阔,周围流体速度下降,果蔬也在周围流体的作用下速度降低并逐渐趋于稳定。马铃薯、圣女果和金桔的形状一致,它们在泵内的运动过程基本一致,而胡萝卜由于其长条形的形状,在泵内的加速过程和减速过程的加速度均较小,其在泵内的最大速度也远小于其他果蔬。果蔬在泵内不止具有平移运动,胡萝卜会在泵内发生摆动现象,而椭球形果蔬会在泵内发生旋转,这是因为在环形射流泵内部具有强烈的剪切流动,在喉管内尤为剧烈,椭球形果蔬在喉管内的旋转角速度达到最大。(4)利用试验和高速摄像相结合的方法研究了果蔬通过环形射流泵时对其外特性的影响。四种果蔬中,马铃薯对流量的影响最大,胡萝卜次之,圣女果和金桔的影响最小;工作流体流量越大,果蔬过泵对其流量造成的影响也越小。马铃薯和胡萝卜对环形射流泵壁面压力的影响较大,圣女果和金桔造成的影响较小。工作流体流量为60 m/h时,马铃薯过泵会使壁面压力先降后升;工作流体流量为80 m/h时,马铃薯过泵产生的空化现象会使压力波动出现两个压力降;工作流体流量为90 m/h时,马铃薯过泵会由于诱发的空化持续较长产生一个持续的压力降;工作流量为100 m/h时,马铃薯过泵会使喉管内的压力上升,扩散管内压力先上升后下降然后再升高。胡萝卜过泵产生的压力变化在低流量下与马铃薯类似,但产生的压力变化更小;工作流量为80 m/h时,空化在胡萝卜中部产生,只会产生一次压力降;工作流量为100 m/h时,胡萝卜也能促进空化引起下游压力降低,但对于空化向下游传递的阻隔作用明显弱于马铃薯,所以只会形成一次压力升高的现象。(5)采用数值模拟方法研究了果蔬运动对环形射流泵内部流动的影响。由于果蔬的堵塞作用和加减速过程,会造成环形射流泵内部的速度分布和压力分布不再对称,同时果蔬周围会形成绕流,在果蔬运动至不同位置时造成的速度分布和压力分布也不一样。由于果蔬运动主要影响的是喉管内的工作流体,所以对于面积比更大、工作流体流量更小的环形射流泵的内部流动影响更小。

关键词：环形射流泵果蔬输送能力 MPM模型果蔬运动泵内流动

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