泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响

基于小粒径固液两相流在高比转速离心泵内运动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法,借助Mixture多相流模型扩展的标准k-ε湍流方程与simple算法,应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,给出离心式泵叶轮的磨损特性.计算结果表明,相同的泥沙体积分数条件下,水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降,相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降.     

基于结构化网格的两级矿浆泵数值模拟分析

为了研究深海采矿两级矿浆泵泵内固液流体流动规律及工作性能,采用计算流体动力学软件CFD对两级矿浆泵泵内的固液两相湍流进行了数值模拟和性能预测.阐述了矿浆泵计算流道区域的拓扑块划分方法和结构化网格生成方法;采用RNGκ-ε湍流模型和多参考坐标系,进行全三维流场数值模拟,分析了矿浆泵内流场的压力分布、流速分布和湍动能分布,进而计算出不同颗粒属性的泵的特性曲线.研究表明,颗粒属性对矿浆泵工作性能有重要影响,在颗粒体积分数相同的条件下,泵的扬程和效率均随颗粒粒径的减小而增大.颗粒的体积分数适宜控制在5%~10%左右.     

小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析

针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴面、叶片背面和工作面的分布规律,并在此基础上给出了螺旋离心泵内的磨损特性.     

半开式切割泵固液两相流动与特性分析

为深入了解半开式切割泵内部固液两相流动状态,基于ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型,在不同固相体积分数和不同流量工况下,研究了叶轮叶片不同位置处的固相体积分布及速度分布,以及切割泵旋转刀处的固相体积分布及速度分布,并对磨损情况进行相应预测.分析了固相和液相对于内流场的影响.结果表明:分布在叶片压力面的固相速度整体小于吸力面,而固相体积分数却大于吸力面;叶片尾部固相速度最大,叶片头部固相体积分数最大;对于旋转刀,位于工作面旋转刀出口处和背面靠近转轴处的固相速度较大,位于工作面靠近转轴处固相体积分数较大,因而磨损预计较为严重,而旋转刀背面整体体积分数较小;不同流量工况对于压力分布、速度分布、固相分布有较明显的影响.     

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。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

深海矿石输送设备工作性能

为研究深海矿石输送设备的工作性能,提出矿浆分离效率和矿石储集效率这2个评价指标,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石输送设备三维流场模型内固液两相流进行模拟仿真,研究进料流量、颗粒体积分数、颗粒粒径和活塞行程对这2个评价指标的影响。研究结果表明:进料流量越小,矿浆分离效率和矿石储集效率越大;随着颗粒体积分数增大,矿浆分离效率减小幅度不大,矿石储集效率先增加后减小,存在1个最优体积分数,粒径越小,最优体积分数越小;矿浆分离效率随颗粒粒径的增大而增大,当颗粒粒径增大到25 mm后,矿浆分离效率上升幅度很小;矿石储集效率先随颗粒粒径的增大而增大,当颗粒粒径增大到20 mm后,矿石储集效率大幅度下降;矿石储集效率随活塞行程的增大先大幅度上升,随后趋于平稳,而活塞行程对矿浆分离效率影响不大。     

搅拌强度对浮选机内液-固两相流场特性影响

采用标准k-ε湍流模型和流体颗粒模型对容积为20 L的KYF浮选机内液-固两相流场特性进行了数值模拟.研究结果表明:浮选机内流场呈上下两循环分布,混合、上升区流速高于分离区;在混合及上升区,颗粒运动速度与其粒度呈反比关系,在分离区则呈正比关系;定子、转子表面高压区均位于叶片迎风面,其表面绝对压力与搅拌强度呈正比关系;搅拌强度增加,混合、上升区的矿物颗粒体积分数降低,分离区体积分数增加;混合、上升区固相体积分数与其粒径呈正比关系,分离区呈反比关系;转子转速为600r/min的搅拌强度更有利于提高该浮选机工作性能.     

基于DDPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

应用雷诺涡黏模型、DDPM(density discrete phase model,稠密离散相模型)及颗粒直径Rosin-Rammler分布方法,以黄河含沙水为介质,对一台100LN-7型螺旋离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟,并与基于Mixture混合多项流模型的泵内两相流动数值模拟结果进行对比分析,得到不同粒径和固相体积分数对应的泵过流部件的磨蚀规律及磨蚀强度.结果表明:颗粒混合状态不同会形成不同的粒径分布,混合粒径中平均粒径增大导致叶片进口边及工作面轮缘线附近磨蚀强度增大,平均粒径为1mm时整台泵过流部件磨蚀率达到最大值,平均粒径继续增大磨蚀率反而降低;固相体积分数的增大使整台泵过流部件的磨蚀强度显著提高,叶片背面较其他部位磨蚀强度大;Mixture模型下固相体积分数较高部位与稠密离散相模型下颗粒磨蚀部位相对应,局部区域存在较高体积分数的固相颗粒增加了过流部件表面发生磨蚀的几率,但DDPM模型数值模拟表明只有部分颗粒参与局部区域的塑性磨蚀.     

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.     

背叶片对固液两相螺旋离心泵轴向力与流场的影响

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行全三维数值模拟.通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出5种不同螺旋离心泵叶轮方案,并分别以清水和固液为介质,对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下流场及轴向力变化趋势和规律.结果表明:清水介质以及不同固相颗粒体积分数下轴向力具有几乎一致的变化规律,且轴向力大小随固相颗粒体积分数的增大而增大.背叶片对叶轮轴向力大小和方向均有影响,背叶片数目、宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内部流动有较大影响.背叶片对后腔间隙及蜗壳内固相颗粒体积分数分布及压力分布影响较大.背叶片消耗一定的轴功率,其宽度变化对轴功率影响较大,数目对轴功率的影响有最优值.     

固液两相流对螺旋离心泵流场影响的数值分析

以螺旋离心泵为对象,以 fluent 软件为工具,利用标准k-ε数学模型对其内部三维流动进行数值模拟.计算清水和不同颗粒直径、不同体积分数的含沙水在螺旋离心泵内的液固两相流场,分析颗粒直径、体积分数、速度、压力等流动参数在泵内的分布规律及其相互影响.研究结果表明,按照颗粒的粒径范围和体积分数来设计叶片型线,可以减小叶片磨损,提高叶轮的使用寿命.     

离心泵内部盐析晶体颗粒分布特性

在两相混合模型的基础上,加载群体平衡模型,采用分组法对离心泵内部盐析两相流场进行数值模拟,得到了3种不同工况各尺寸盐析晶体颗粒的分布特性.预测了离心泵内液固两相流场中晶体颗粒的分布规律,与本项目前期试验结果总体趋势比较吻合,验证了群体平衡模型用于模拟伴有盐析现象两相流动的可行性.计算结果表明:叶片流道内,从压力面至吸力面颗粒平均粒径逐渐减小,流量增加,粒径较大颗粒向压力面聚集现象更加显著;涡室内颗粒平均粒径呈现的分布特征:主流区最小,内壁附近较大,离叶轮较远的壁面拐角处最大.此外,受相间传质及颗粒微观行为影响,不同粒径颗粒的组分数分布差异较大,从叶轮进口至出口,大粒径颗粒组分数逐渐增高,而中、小粒径颗粒的组分数分布趋势与之正好相反.     

横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均体积分数、颗粒体积分数沿径向分布以及颗粒轴向速度分布的影响。研究结果表明:管道摆动使压力损失梯度和出口颗粒平均体积分数呈周期性变化,摆幅越大,二者幅值变化越剧烈;随摆幅的增加,颗粒体积分数沿径向分布不均匀程度越严重,离管壁越近,颗粒聚集程度越高,最高体积分数达到30%;除管壁附近外,摆动工况下颗粒轴向速度沿管径基本呈线性分布,摆幅越大,轴向速度径向分布梯度越大,径向不对称性越严重。     

叶片转速对搅拌机内部流场影响的数值模拟

为研究叶片转速对搅拌机内部流场的影响规律,应用Fluent软件对搅拌机内部流场进行三维数值模拟来为采用非结构化四面体网格、非稳态多相湍流计算模型,针对搅拌机内部流体液面涡深、固相体积分数等参数随叶片转速变化进行研究.结果表明:叶片转速对液面涡深和固相体积分数分布产生重要影响;中心搅拌机械在叶片轴线下方存在混合不畅,固相体积浓度在初始时刻升高.为了防止液体溢出、夹带气体等现象产生,推导出叶片转速最大值的计算公式.     

基于Lagrange算法的熔盐泵叶轮内稀疏颗粒的跟随性分析

基于固液两相流理论,分析了熔盐泵叶轮内结晶颗粒的受力情况,并对颗粒在Lagrange坐标下的运动方程进行了解析计算。运用离散相模型(DPM)对熔盐泵内部流动进行了数值模拟,并将模拟结果与解析解进行比较,讨论了颗粒的跟随性与颗粒直径、颗粒和叶轮的相对位置的关系。结果表明:解析解与数值模拟得到的颗粒跟随性具有较好的一致性;颗粒的周向跟随性优于径向;随粒径的增大,颗粒径向和周向的跟随性均明显变差;颗粒的周向跟随性受颗粒位置的影响不大,径向跟随性随颗粒离叶轮中心距离的增大而变差,且吸力面附近的径向跟随性优于压力面附近。研究结果可为预测泵内颗粒的分布及两相流情况下泵性能提供参考。     

大叶片搅拌器在EVOH聚合釜中的数值模拟

EVOH聚合是伴随放热的固-液两相湍流的复杂反应过程,在工程聚合中容易产生固体颗粒增大、颗粒间粘连和颗粒沉淀等影响颗粒聚合的理想悬浮状态,并且过程控制难以实现。为掌握EVOH聚合釜内的复杂运动规律,确定最佳聚合反应工艺参数,本文利用MRF多重参考系模拟非标新型大叶片EVOH搅拌聚合运动、欧拉模型模拟固-液两相流、湍流状态以标准k-ε湍流模拟和wen-yu模型的颗粒间作用,模拟仿真了颗粒直径为0.1~0.3mm、转速为100~300 r·min-1区间范围的聚合反应过程。结果表明：新型大叶片搅拌下釜内漩涡区域明显增多、湍流程度加剧;叶片斜边处与底部的交接处,流速最大,湍流程度增加,减轻了颗粒沉积;固相体积分数随着颗粒直径增大逐步减小。在转速为100 r·min-1和颗粒直径0.1 mm时,聚合釜内各处固相体积分数接近原比例,有利于颗粒悬浮。     

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动.采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟.在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律.结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处.分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因.     

基于正交试验大型轴流泵空化特性的数值模拟

针对28CJ-70型立式轴流泵内部空化对机组性能的影响,从泵内空化基本方程出发,确立叶顶尖间隙γ、叶片吸力面流线分布和叶片进口边外缘修圆ψ为影响轴流泵空化特性的主要因素,并建立L9(33)正交实验表,分别对9组试验方案进行数值模拟,计算结果表明:叶顶尖间隙γ对叶轮吸力面外缘泄漏涡变化较为敏感,增大叶顶尖间隙γ能够有效改善吸力面外缘速度分布,但会使泵扬程降低;叶片吸力面流线分布Φ对轴流泵效率和空化持续长度χ具有重要影响,当吸力面流线分布Φ=0.7时,能够明显改善吸力面低压区流体回流范围,使空化持续长度χ迅速降低,并能大幅度减小空化体积分数.通过对立式轴流泵模型进行试验研究发现:数值模拟结果与试验外特性曲线能够较好符合,达到工程应用的要求,进而验证正交计算结果准确性.     

离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟

为提高离心泵的抗磨蚀能力 ,对泵内固液两相流的流态进行深入研究。在多相紊流运动双流体模型的基础之上 ,建立了两相紊流运动的大涡模拟。利用大涡模拟 ,对离心泵叶轮内部的固液两相流动进行数值计算。计算结果得出液相压力分布和相对速度场 ,及固相的颗粒数分布和相对速度场。其中压力和颗粒的分布与同一离心泵在日本所做合作研究量测的实验结果进行比较 ,两者相互吻合