单级双吸式离心泵在输送含沙水流下的流动与磨损特性研究

【摘要】单级双吸式离心泵流量较大且便于维修,其叶轮的对称结构几乎不产生轴向力,因此被广泛应用于“引黄灌溉”和“南水北调”等重大项目。为便于和实际磨损情况作对比研究,本文以一台80SH-9.3的单级双吸式离心泵为模型,分析研究了模型泵在含沙水流下的流动与磨损特性。基于计算流体力学中的欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型,结合三种理论磨损模型(颗粒摩擦和碰撞模型、Finnie冲蚀磨损模型、离散相冲击磨损模型),对单级双吸式离心泵内定常流动的固液两相流进行三维数值计算。由于输送介质的速度对泵内磨损影响较大,而吸入室内含沙水流速度相对较低,所以本研究重点分析了含沙水流下单级双吸式离心泵叶轮及压水室内部流动与磨损特性。主要研究了模型泵采用混合相模型和离散相模型时：外特性以及叶轮和压水室内部的流场与磨损特性在不同流量(0.8qv、1.2qv)、固相浓度(2%、5%、10%)及粒径(0.019mm、0.036mm、0.076mm)时的变化规律,结合理论公式对含沙水流对模型泵的磨损做了定量化分析研究。得出如下结论：1、混合相模型不能直接预测出磨损强度分布规律,但计算时间短且数据易收敛；而离散相模型可以直接定量化预测磨损强度分布规律,但计算周期较长且数据不易收敛；外特性预测方面：采用混合相模型计算的数据与清水外特性十分接近,且随着流量、固相浓度和粒径的变化幅度很小,与实际情况不符,而采用离散相模型计算的外特性数据更具参考性；2、采用混合相模型计算时,叶片摩擦磨损强度从进口至出口呈现先增大后减小,又逐渐增大的趋势；叶片碰撞磨损强度从进口沿着叶片不断增大；在叶片入口和出口处工作面摩擦磨损强度大于背面,其余位置背面摩擦磨损强度大于工作面；整个叶片上摩擦磨损强度远大于碰撞磨损强度；压水室隔舌附近摩擦磨损强度和碰撞磨损强度最大。流量增大时：叶片摩擦磨损强度逐渐增加,而碰撞磨损强度则在设计工况点最小；压水室碰撞磨损强度在不同流量下相等,而摩擦磨损强度则在设计工况点最小；固相浓度和粒径增大时,叶片和压水室的摩擦磨损强度和碰撞磨损强度逐渐增加；3、采用离散相模型计算时,叶片进口及出口磨损强度最高,工作面的磨损强度整体高于背面；轮毂面的磨损区域及强度在各流道内分布基本一致,主要集中在叶轮进口及靠近叶片背面一侧；从隔舌沿着压水室外壁面至泵出口均有不同程度的磨损,而隔舌处的磨损强度最高。相应位置处的磨损强度随着流量增大逐渐减弱,而随着固相浓度和粒径增大时逐渐增强；4、采用混合相模型,结合基于颗粒摩擦和碰撞磨损模型,更能说明模型泵在含沙水流下的流动与磨损特性,定量预测出摩擦摩擦强度和碰撞磨损强度沿着叶片和压水室壁面的变化规律。
【作者】董富弟；
【导师】杨从新；程效锐；
【作者基本信息】兰州理工大学，流体机械及工程，2014，硕士
【关键词】离心泵；数值模拟；固液两相流；磨损预测；磨损模型；摩擦；碰撞；

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