渣浆泵内固液两相流场的数值模拟与研究.pdf

兰州理工大学
硕士学位论文
渣浆泵内固液两相流场的数值模拟与研究
姓名:惠伟安
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:刘宜
20090427
⋯——————摘要离心式渣浆泵广泛应用于钢铁、冶金、矿山、电力、煤炭、建材等行业,用于输送含磨蚀性或腐蚀性浆液,灰浆和矿浆的两相流体。基于两相流理论的设计方法很多,但到目前为止渣浆泵还没有一套完整的设计方法,多年来渣浆泵的设计大多都是按输送清水介质设计的,导致泵的运行效率低,噪声大,局部磨损严重,造成能源和设备的大量浪费。因此迫切需要了解渣浆泵的内部流动规律,改由于实验研究面临投资大、周期长等实际困难,实验的手段,数据的精度和可靠性受测试仪器仪表和环境的制约,对内部流场的分析和细微流动机构的分析能力有限。随着计算机技术的快速发展,利用砑D獗媚诓苛鞒【统晌3实验外一个非常有效的研究手段,它可以快速准确的模拟出泵内的流动规律。本文针对型单级单吸悬臂卧式离心渣浆泵建立了三维实体模型,并划分了网格,,采用有限体积法进行离散,压力修正使用算法。利用软件模拟了渣浆泵在五种不同流量工况下的内部流场,得到了泵内的压力分布,速度分布,固相浓度分布,旋涡结构,颗粒轨迹等重要的流场信息。文中对得到的模拟结果进行了分析,得到了渣浆泵在不同流量工况下叶轮和蜗壳流道内的压力场、速度场的流动规律;分析了颗粒对叶轮磨损的影响并对渣浆泵的性能曲线进行了预测;分析了隔舌相邻叶片流道内的轴向旋涡的生成原因;阐述了渣浆泵背叶片的密封工作原理,并对颗粒轨迹运动情况进行了分析,研究结果对于改进渣浆泵的设计提供了一定的理论参考依据。渣浆泵;两相流;内部流场;数值模拟进设计方法,提高泵的效率,减少泵的磨损。关键词:硕十学何论文司司寺曼曼曼曼曼曼鲁曼皇曼皇鼍
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栲够蚺溘副穗佛甚日期岬年多月/。日兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明学位论文版权使用授权书/本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特另员曜⒁玫哪谌萃猓韭畚牟话魏纹他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。导师签名:期期日日日,口日.
第滦髀课题研究目的和意义渣浆泵的研究概况渣浆泵是一种实用性很强的流体机械,广泛应用于钢铁、冶金、矿山、电力、煤炭、建材、化工、环保及河道疏浚等国民经济各个领域。在工业生产中,煤粉、精矿、尾矿、矿渣等固体物料的管道水利输送是渣浆泵的典型应用。在这些管道水力输送系统中,既要满足工业生产的需要,还必须尽可能的节约水和电力,这就要求在不同的运行场合,泵的运行特性必须满足相应的运行工况。渣浆泵因其输送固体颗粒范围大,输送浆体时,具有流速高、流量大等特点而得到大力发展。这种泵型工作介质是固液两相流体,输送的固体颗粒密度、粒径、硬度各不相同。这就对其水力性能和材料耐磨、抗汽蚀性能提出了一些特殊要求。渣浆泵的发展过程与工业的发展密切相关的。上个世纪末,在应用管道输送固体物料的同时,就遇到了泵送多相介质的问题,不过当时所用的泵只是一般的清水泵而已。除了对管道外,很少有人对泵抽送这些介质时,泵的性能、使用寿命及安全性等方面出现的问题进行过研究。随着工业的迅速发展,泵输送固体的问题被提到了一定的高度,同时,也给应用在这些场合的泵开辟了广阔的新领域,泵中存在的特殊问题激起了广大科研人员的浓厚兴趣。在计算机和其它先进设备应用日益广泛的今天,对上述问题的研究越来越多,也越来越深入,探索到了一定的规律,积累了许多经验,设计出一些性能比较好的产品,但设计依据仍然不充足和成熟,没有像清水泵那样有比较完善的设计方法。目前离心式渣浆泵存在的两大问题,一是效率偏低,二是寿命较短,根本原因是设计理论和设计方法的不完备以及材料耐磨性能差。为了解决这些问题,很多学者做了很多研究。在设计过程中,设计人员参考清水泵的设计方法,考虑一些固体物料的存在对泵不同方面的影响,进而对这些过流部件进行设计。然而存在的问题是,固