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舟山渣浆泵叶片式叶轮对浆液浓度的影响

文章作者：河北富津泵业点击次数：-更新时间：2020-07-31 09:02:13

渣浆泵作为固体物料水力输送的动力源，广泛应用在冶金、采矿、水利和轻工等部门。由于输送的介质为固液混合物，其所面临的问题也是比较突出的，诸如效率较低，磨蚀严重等。叶轮是固液两相流离心泵内磨损最严重的零件，而叶轮出口处又是叶轮中磨损最严重位置之一，磨损后的出口端部极薄，呈锯齿状。叶片工作面与后盖板相交的棱角处有很深的条形沟纹。叶片非工作面上有凹凸不平的麻坑，但相对工作面磨痕较浅。叶片人口附近有带形凹坑，个别凹坑很深甚至使后盖板洞穿而导致叶轮失效。叶轮前后盖板内表面有颗粒滑痕，除靠近叶片工作面位置外，磨损较轻；外表面光滑、有均匀磨损痕迹。
    近十几年来，国内外多名学者投入了大量精力进行离心泵叶轮磨损的研究，但他们基本上都是通过固体颗粒在叶轮中运动轨迹的分析和用数值分析的方法来研究叶轮的磨损。实际上，不管渣浆浓度的高低，离心泵叶轮内的流场对颗粒分布和轨迹具有决定性意义。
    探求渣浆颗粒在离心叶轮内部的运动和分布规律，是泵内固液两相流动研究和渣浆泵叶轮设计理论研究的基础。研究两相流动的运动轨迹、运动规律、固相浓度的分布、液相压力的分布，对渣浆泵叶轮的合理设计，提高效率，减轻磨蚀有着关键的指导意义。近些年来，随着计算机技术的不断发展，计算流体力学(CFD)正在越来越多地被用来进行泵内部流场的数值分析。其中，对于湍流二相流的研究一直是工程中的重要研究课题。近些年来也提出了很多多相流模型，推动了多相流的快速发展。
    笔者通过商业软件FLUENT的使用，希望能够通过FLUENT所具有的多相流模型来尝试比较精确地模拟渣浆泵中的固液两相流的流动规律，以便能够比较精确地获得渣浆泵叶轮内部固体颗粒相的浓度分布。因为在渣浆泵的叶轮磨损中，除了汽蚀所造成的影响，固体颗粒对渣浆泵叶轮的磨损是造成泵的水力效率低下，使用寿命较短的主要原因。因而，如果能够通过数值模拟的方法获得比较精确的浓度分布，就可以大致了解叶轮磨损的主要区域，以便在今后的叶轮设计中加以改进。
    对于固液两相流动的数值模拟，目前通常采用两种方法，即Euler和Lagrange方法。第一类是把颗粒看成是拟流体，认为颗粒与流体是共同存在且相互渗透的连续介质，两相同在Euler坐标下处理，即为连续流体模型。第二类方法是把流体当作连续介质，把颗粒当作是离散体系，在Euler坐标下考察流体相运动，在Lagrange坐标下研究颗粒群的运动，即为颗粒轨道模型。笔者通过采用近些年来发展起来的以颗粒碰撞理论为基础的颗粒动力学双流体模型，来对于颗粒浓度较高的渣浆泵的叶轮内部流动进行数值模拟，以期研究其内部的流动规律。