基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明:叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06~0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。     

电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损研究

针对油田特高含水阶段电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损问题,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型并利用SIMPLEC算法进行求解,实现对电潜泵冲蚀磨损的数值模拟,并研究工况参数和叶片结构参数对电潜泵叶轮冲蚀磨损的影响。结果表明:叶轮叶片吸力面是叶轮冲蚀磨损严重区域;随着砂粒浓度的升高及叶轮转速的提高,叶轮磨损速率增大;随着粒径及出口安放角的增加,叶轮磨损速率先升高后降低;叶轮平均磨损率随着进口安放角的增加而降低。     

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

深海采矿矿浆泵内颗粒流动规律的数值模拟

针对深海采矿输送系统中矿浆泵易磨损等问题,采用RNGκ-ε湍流模型求解矿浆泵内的清水流场,并与试验结果进行对比验证模拟结果的准确性;在此基础上运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究转速、流量和颗粒粒径对矿浆泵冲蚀磨损特性的影响。研究结果表明:转速越高,颗粒与过流部件壁面发生冲击的概率增大,冲击速度大幅度升高,加剧过流部件磨损;流量越大,颗粒冲击叶片压力面的位置逐渐移向叶片头部,冲击角度随之增大,颗粒出流角越大,易与导叶吸力面头部发生冲击,流动愈紊乱;小粒径颗粒未与叶轮发生冲击,但冲击空间导叶的速度较大,对空间导叶的磨损较叶轮更严重;大粒径颗粒对叶轮和空间导叶的磨损程度差别不大,更符合等寿命设计原则。     

含沙水流中粒径对离心泵叶轮磨损特性影响的数值分析

采用雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型和相间耦合SIMPLE算法,以含沙水为介质,选用离散相模型和Finnie的塑性冲蚀磨损模型,运用冻结转子法,对一台200SH-9.3单级双吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟.获得不同粒径时叶片工作面、背面、轮缘内侧面及轮毂面磨损强度及固相体积分数的变化规律,并且对主要磨损部位的磨损深度进行预测.通过对比清水介质时泵外特性试验数据以及磨损试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性.结果表明:随着粒径的增大,叶片工作面、背面、轮缘内侧面和轮毂面的磨损强度增大;叶片工作面的主要磨损部位集中在进出口及靠近轮毂一侧,叶片背面主要磨损部位集中在进口及靠近轮毂一侧;叶轮主要磨损部位的磨损深度预测值与实际磨损结果基本一致.     

含沙水下单级双吸离心泵叶片磨损特性分析

为了研究含沙水下单级双吸离心泵叶轮的磨损规律,采用比转速相等原则,用相似换算法将AABS150-365原型泵转换为模型泵.基于Mixture多相流模型和标准k-ε湍流模型,并结合SIMPLEC算法,在清水介质和固液两相流介质条件下对模型泵内部流动进行全流道三维定常数值模拟,分析在不同的初始固相体积分数和粒径下,叶片工作面和背面的固相相对速度和固相浓度的变化情况,并对叶轮的磨损量进行计算.通过对输送清水介质时泵外特性试验数据与数值模拟结果的对比,间接的验证了数值计算方法的可靠性.研究表明,随着粒径和固相体积分数的增大,叶片背面的固相相对速度和固相浓度较工作面高,从前盖板到后盖板固相相对速度和固相浓度是逐渐增高的;叶轮主要磨损部位在叶片背面的中后部,尤其是出口处.该研究对于分析叶轮磨损机理和优化叶轮设计来预防磨损有一定的参考价值.     

铅铋合金中颗粒物对弯管的冲蚀研究

基于流体力学理论研究液态铅铋合金(LBE)中颗粒物对管道壁面的冲蚀作用,采用Fluent中的离散相模型(DPM)对管壁的冲蚀进行数值模拟研究.结果表明,弯管角度和颗粒粒径等对管壁的冲蚀磨损影响较为显著,而温度对冲蚀的影响相对较弱.流动铅铋合金对弯管的冲蚀较为严重,直管段冲蚀较弱.当铅铋合金中夹杂的颗粒物粒径较小(100μm)时,对弯管的冲蚀较弱,大粒径颗粒(100μm)的冲蚀速率则迅速增加.     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

基于输水隧洞泵送混凝土管道的冲蚀机理

采用数值模拟方法对龙开口水电站1号输水隧洞混凝土泵送过程中管道冲蚀磨损问题进行研究。利用DPM离散相模型分析泵送管道的冲蚀磨损机理,结合1号隧洞实际泵送混凝土的情况来验证数值模型是否正确。通过模拟结果从整个管道固相体积分数分布与弯管出口处的压强变化等特征理解其内在的多相流动规律。模拟得到的弯管最大冲蚀磨损部位,与实际泵送过程中的磨损部位吻合较好。说明DPM冲蚀模型能准确预测泵送管道的磨损特性,可为类似的泵送混凝土施工提供有益参考。     

输水隧洞建造过程中泵送混凝土管道的冲蚀机理

采用数值模拟方法对龙开口水电站1号输水隧洞混凝土泵送过程中管道冲蚀磨损问题进行研究。利用离散相模型(DPM)分析泵送管道的冲蚀磨损机理,结合1号隧洞实际泵送混凝土的情况来验证数值模型是否正确。通过模拟从整个管道固相体积分数分布与弯管出口处的压强变化等特征理解其内在的多相流动规律,模拟得到的弯管最大冲蚀磨损部位与实际泵送过程中的磨损部位吻合较好。说明DPM冲蚀模型能准确预测泵送管道的磨损特性,可为泵送混凝土施工提供理论参考。     

水力喷射多级压裂井下工具磨损规律分析

水力喷射压裂是一种集射孔、压裂及水力封隔一体化的增产改造新方法井下工具(喷枪)作为保证该技术成功实施的关键因素之一其工作寿命直接关系到该技术的施工效果。把现场应用后部分存在磨损的喷枪剖开后分析了喷枪内部喷嘴周围及外表面磨损较严重的区域再利用数值方法模拟计算了喷射压裂时工具内部流场研究了井下工具内部流道附近易磨损区域形成原因。结果表明：返溅回来的磨料射流会对喷枪外表面形成返溅冲蚀下层喷嘴外表面受到返溅冲蚀伤害比上层喷嘴严重;在胶结较差的地层高速磨料射流可能进入地层并通过已有的射孔孔眼冲蚀喷枪或油管外表面;同一喷枪的内部上层喷嘴上缘和下层喷嘴下缘属于易磨损区域喷枪内部流场的数值模拟结果很好地解释了出现该现象的原因。因此研究该技术中使用的井下工具磨损规律对于改进工具结构、提高喷枪寿命和水力喷射压裂成功率具有实际参考价值。     

基于DDPM模型的高压管汇冲蚀磨损数值模拟

为探究考虑颗粒间相互作用的高压管汇冲蚀磨损机理，通过计算流体力学方法研究了高压管汇固液两相流的速度、压力、湍动能和湍流耗散率，通过正交试验设计25组仿真，对比分析DDPM模型和DPM模型的数值模拟结果，得到工况参数、空间夹角、颗粒特性对高压管汇冲蚀速率的影响规律。结果表明：在用CFD方法对高压管汇进行冲蚀磨损数值模拟时，DDPM模型对高压管汇岐型三通冲蚀磨损的预测精度好于DPM模型；空间夹角在60°～90°时，最大冲蚀集中在三通相贯线和相贯线两侧面；空间夹角在30°～45°时，最大冲蚀集中在三通相贯线处；随着颗粒形状系数减小，流速4 m/s到12 m/s，冲蚀速率逐渐增大，最大冲蚀速率变大1.4倍，并在流速最大时达到峰值；结论可为高压管汇结构优化和剩余服役寿命预测提供理论支撑。     

液固两相射流冲击磨损的数值计算与实验研究

应用实验与数值模拟研究液固两相射流对不锈钢材料的冲蚀磨损行为,分析不同质量分数、粒径情况下样品的平均磨损率,并基于数值模拟预测不同射流速度工况下的冲刷磨损率,最终建立冲刷磨损率与射流速度的关系模型。研究结果表明:单相射流流场的数值模拟结果与实验结果吻合较好;在距离射流中心区域不同径向距离上,平均速度的变化趋势较一致;在近壁面处,射流轴向速度突然减小,造成雷诺切应力增大。在远离壁面处,其法向速度逐渐增大,脉动速度相应增大,雷诺切应力增大;当射流继续远离壁面时,雷诺切应力开始减小直到趋近于0;在喷嘴正下方,压力分布存在1个滞止区,此处压力高于四周压力;下游冲刷磨损率先升高再稍微下降,而上游冲刷磨损率明显下降;实验样品表面微观测试结果验证了不同区域冲刷磨损率分布的正确性。     

流体机械叶轮内二次流及尾迹发展

利用有限体积法对N-S方程进行数值求解.模拟了离心叶轮内的粘性流动,研究了不同转速和不同流量对二次流及叶轮出口截面尾迹区的影响.研究结果表明,三维粘性流动数值模拟二次流的结果与二次流理论分析结果相一致,对于离心叶轮出口尾迹区,无论是数值大小还是区域范围都与实验结果基本符合.     

深海采矿矿浆泵内转速对固液两相流影响分析

为分析转速对深海采矿矿浆泵固液两相流的影响,文章采用RNGκ-ε湍流模型,运用Fluent软件对矿浆泵内固液两相流进行了数值模拟;比较了不同的转速对矿浆泵内压力分布、颗粒体积分数分布以及工作性能的影响;最后,矿浆泵在多种转速下进行试验,结果验证了数值模拟方法的准确性。研究结果表明:转速越大,叶轮对混合流体做功的有效性越好,混合浆体总压呈现大幅度上升,扬程也越大;不同转速工况下,平均颗粒体积分数值在叶片吸力面与压力面上的差异不大,说明叶片吸力面与压力面的磨损程度差异不大,并且导叶表面颗粒体积分数分布受转速的影响较轻。     

磨粒粒径对Si3N4结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

以冲蚀磨损工况下的典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,采用转盘式液-固双相流试验机研究了不同SiC磨粒粒径对Si3N4结构陶瓷抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损的微观失效机制.研究结果表明:在各种粒径磨粒的冲蚀磨损条件下,Cr15Mo3铸铁的冲蚀磨损率都比Si3N4结构陶瓷的高,Si3N4结构陶瓷的抗冲蚀磨损能力是Cr15Mo3铸铁的20倍左右;粗颗粒磨料冲蚀条件下试验材料的体积损失比细颗粒磨料冲蚀条件下的大,即磨粒越粗冲蚀磨损越严重;在微观上,Cr15Mo3的腐蚀坑、冲蚀坑多,基体材料冲刷磨损严重,W型失效形貌明显,而Si3N4结构陶瓷的冲蚀磨损面比较光滑,材料失效主要是晶界粘结相失去多所致;结构致密、晶粒细小并有细小柱状晶的存在等是Si3N4结构陶瓷抗冲蚀磨损性能优异的主要原因.     

渐缩型气动喷砂喷嘴冲蚀模拟分析

为研究气动喷砂枪喷嘴喷射颗粒对自身造成的冲蚀磨损情况,通过选取渐缩型气动喷砂喷嘴为研究对象,运用CFD软件对其内部流场及颗粒运动特性进行模拟分析;通过改变收缩角度、颗粒粒径及颗粒质量流率进一步分析影响喷嘴冲蚀速率变化的规律。结果表明:喷嘴的冲蚀区域主要集中在收缩段及收缩段与出口段交界面处;以收缩角度为30°、45°、60°的喷嘴为例,随收缩角度的增加,冲蚀区域出现"逆向发展";随颗粒粒径的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈现先下降后上升的"U"形变化趋势,且其最低点所对应的粒径与收缩角度成反比;随颗粒质量流率的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈上升趋势,但并未呈现线性关系。     

低浓度多相流管道冲蚀磨损数值模拟

液固多相流冲蚀磨损会严重影响管道的使用寿命。以某输油管线设计为研究对象,运用Fluent软件中的Mixture-DPM双向耦合模型研究低浓度颗粒的油水多相流管道流场变化,分析集输管线整体冲蚀速率分布,得到了不同管件冲蚀磨损较严重的区域。为了进一步研究冲蚀磨损的影响因素,选取3种不同的入口流速及原油含水率进行综合对比分析,结果表明：不同管件的冲蚀磨损区域各不相同;90°弯管磨损区域主要集中在外拱壁面,三通管磨损区域主要位于下支管右壁面,渐缩管磨损区域主要位于喉部区域及出口处,盲三通在盲端1/3处形成小型旋涡,且磨损区域主要位于盲端与下支管相贯线区域以及下支管右壁面处;冲蚀速率随入口流速的增加呈指数型增长,指数系数为1.89;随原油含水率增加,冲蚀速率呈倒"U"形变化,当含水率为20%时,冲蚀速率达到最大值。     

多相介质诱发柱塞泵内部磨损

 为了突破油水煤浆作为替代燃料发展的瓶颈,解决油水煤浆替代柴油应用于柴油机和固体煤颗粒的存在加剧柱塞泵磨损问题,通过数值模拟和实验测试方法找出多相介质下诱发柱塞泵内部磨损的机制。采用VOF多相流动模型,对颗粒运动轨迹、颗粒与过流表面的相互碰撞过程、固液(煤、油)磨损进行了数值模拟,并试验测试分析。研究结果表明：离散相颗粒的性质(密度、粒径)、混合比例及柱塞运动速度对颗粒运动轨迹及壁面碰撞过程有重要的影响;大粒径、大密度的颗粒运动轨迹向柱塞泵壳体内侧偏移,与其撞击并反弹,易发生多次撞击,对柱塞泵壳体内侧磨损程度大;小颗粒易与柱塞偶件发生撞击,因柱塞偶件表面油膜颗粒一般与其发生一次撞击,冲蚀磨损相对弱些;凸轮速度直接影响柱塞运动速度,速度加剧内部磨损;混合燃料中固体颗粒的体积比增大,对柱塞偶件的磨损加剧,模拟结果与试验结果吻合。     

携砂液流对除砂器针型阀冲蚀作用模拟研究

基于液固两相流和冲蚀理论,对除砂器中携砂液流通过针型阀时对阀内的冲蚀进行数值模拟,直观地得到其压力分布和内部流动特性,并通过计算得到易冲蚀点位置和最大冲蚀速率。结果表明,针型阀的阀芯和内表面冲蚀比较严重,内表面顶部是冲蚀最严重区域,冲蚀速率是阀芯顶端面的3倍多。研究结果为针型阀局部加强处理提供了一定依据。