论文总字数：27010字

摘 要

本论文主要从实验以及数值模拟方面，以离心泵作为研究对象，对固液两相流动规律进行研究。主要研究标准流量下离心泵内固液两相流的流动规律随不同直径、不同固相体积分数的固体颗粒的变化情况，结论如下：

（1）在离心泵内部，叶轮进口部分的压力值比较小，压力值在叶片处逐渐变大，到出口时压力值已很大，特别是在出口处压力面的压力尤其明显。蜗壳内压力值大于叶轮内部压力，蜗壳壁面外围中心部分静压力值达到顶峰。蜗壳内，固相体积分数越大，蜗壳外围壁面的静压力值有明显的变大，但蜗壳隔舌部分的静压力反而变小。不同颗粒直径的工况下静压力的分布规律基本一致，但泵内整个部位的静压力值随着颗粒直径的变大而变小。

（2）叶轮内，从进口至出口，绝对速度的值逐渐变大，而在叶片尾部附近绝对速度达到最大值，流体在出口处和入口处的速度很小，流体在叶轮流道出口处运动至出口处的过程中速度不断变小。随着颗粒直径的增大，泵内除蜗壳外各个部位的流体绝对速度值略有增加，蜗壳处则呈减小的趋势；随着固相体积分数的增大，泵内各个部位的流体绝对速度略有减小；其中叶轮尾部的流体绝对速度变化相对明显一点，其他部位的流体绝对速度无明显变化。

（3）在叶轮流道中，固相体积分数的变化对速度矢量的影响不大，但随着固体颗粒的增大，固相体积分数对速度矢量的影响也会逐渐明显起来。

关键词：离心泵 固液两相流 颗粒直径 固相颗粒体积分数

Abstract

In this dissertation, from the aspect of experiment and numerical simulation, the centrifugal pump is taken as the research object to study the solid-liquid two-phase flow law. The main research standards The flow of solid-liquid two-phase flow in centrifugal pumps with flow rate changes with solid particles with different diameters and different solid volume fractions. The conclusions are as follows:

(1) In the centrifugal pump, the pressure at the inlet of the impeller is relatively small, the pressure value gradually increases at the blade, and the pressure at the outlet is already very high, especially at the pressure surface at the outlet. The pressure inside the volute is larger than the pressure inside the impeller, and the static pressure value at the center of the outer wall of the volute wall reaches the peak. In the volute case, the larger the volume fraction of the solid phase, the static pressure value of the outer wall of the volute becomes significantly larger, but the static pressure of the volute part of the volute becomes smaller. The distribution law of static pressure is basically the same under different working conditions of different particle diameters, but the static pressure value in the whole part of the pump becomes smaller as the particle diameter becomes larger.

(2) In the impeller, from the inlet to the outlet, the value of the absolute velocity gradually increases, while the absolute velocity near the tail of the blade reaches the maximum, the velocity of the fluid at the outlet and at the inlet is very small, and the fluid moves at the exit of the impeller flow channel to In the process of export, the speed is getting smaller and smaller. With the increase of the particle diameter, the absolute velocity of the fluid in the pump except for the volute increases slightly, and the volute at the volute decreases. With the increase of the solid volume fraction, various parts of the pump The absolute velocity of the fluid slightly decreases; the absolute velocity of the fluid in the tail of the impeller changes relatively slightly, and the absolute velocity of the fluid in other positions does not show a significant change.

(3) In the impeller flow path, the change of the volume fraction of the solid phase has little effect on the velocity vector, but as the solid particles increase, The influence of solid volume fraction on the velocity vector will gradually become apparent.

Key words: Centrifugal pump; Solid-liquid two-phase flow; Particle diameter ; Particle volume fraction of solid phase

目录

摘要 I

Abstract II

目录 IV

第一章 绪论 2

1.1 课题研究背景和意义 2

1.1.1 课题研究背景 2

1.1.2 课题研究意义 2

1.2 离心泵的发展史及发展趋势 3

1.2.1 离心泵的发展史 3

1.2.2 离心泵的发展趋势 3

1.3 国内外研究现状 4

1.3.1 离心泵内单相流的研究现状 4

1.3.2离心泵内固液两相流的研究现状 6

1.3.3国内外对离心泵内气液两相流动研究现状概况 8

1.3.4离心泵内过流部件磨损 研究现状 8

1.4本文研究的主要内容 9

1.4.1问题的提出和意义 9

1.4.2 本文研究内容 9

第二章 固液两相流理论基础 10

2.1 固液两相流模型 10

2.1.1 单颗粒动力学模型 10

2.1.2 颗粒轨道模型 11

2.1.3 扩散模型 12

2.1.4 单流体模型 12

2.2 离心泵扬程及效率的计算 13

2.3 固液两相流中的运动方程 13

2.3.1 基本假设与理想状态下的运动方程 13

2.3.2 直角坐标系中离心泵叶轮处固液两相流的运动方程 14

第三章 基于固液两相流的离心泵实体建模 16

3.1 固液两相流离心泵Pro/E三维实体建模 16

3.1.1 吸入室的造型 17

3.1. 2 叶轮的造型 17

3.1.3 压水室的造型 19

3.1.4 三维实体组装 20

3.2 GAMBIT前处理 20

3.2.1 网格划分 20

3.2.2 边界条件与求解方法 22

第四章 固液两相流离心泵内流体流动特性分析 24

4.1 不同固相特征离心泵内流体流动特性分析 24

4.1.1 不同颗粒直径和固相体积分数下的泵中截面静压力分布 24

4.1.2 不同颗粒直径和固相体积分数下的泵中截面绝对速度分布 27

4.1.3 不同颗粒直径和固相体积分数下的叶轮中截面相对速度矢量分布 30

4.2 不同颗粒直径和固相浓度下离心泵的外特性 34

4.2.1 不同固相浓度下离心泵的外特性 34

4.2.2 不同颗粒直径下离心泵的外特性 36

第五章 结论与展望 38

5.1 结论 38

5.2 展望 39

参考文献 40

致谢 43

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.1.1 课题研究背景

离心泵是一种与我们人类生活息息相关的通用水力机械，它的运行原理是：将能量（大部分是电能）传递给被抽送的相关流体，使得该流体产生速度，动能增加，从而达到抽送流体的目的。具有类型多、适应性强等特点。另外，还有一部分的离心泵可以用于对固体物质（如煤等）进行中、远距离的传输运送工作；它所抽送的介质亦种类繁多，有水、油、酸、碱浆料乃至高温熔融的金属液体和超低温的液态气体。

离心泵在当今社会和经济发展的进程中起到了非常重要的作用，其被应用的场所也极其广泛，其中包括水利、电力、航空、工业和农业等重要领域，几乎无处不在；据统计，我国使用的通用流体机械运行消耗的电力极高，超过我国总电力能源的四分之一，而其中离心泵的耗电率高达七十到八十个百分比。

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