螺旋軸流泵的固液兩相數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、螺旋軸流泵是為輸送固液混合物設計的一類新型泵，其工作原理是泵軸帶動螺旋型葉輪旋轉，介質在螺旋葉片的束縛下沿螺旋線方向拋出，經(jīng)過導葉的導流后，沿軸向流出。由于其結合了螺旋泵和軸流泵的優(yōu)點，故而稱為螺旋軸流泵。但是，目前關于螺旋軸流泵的研究鮮有報道，此次研究國內(nèi)還屬首次。據(jù)國外海斯特產(chǎn)品介紹可知，其具備大流量、無堵塞、無纏繞、無損性、高性能等特點，特別適合于污水處理行業(yè)。
　　 本課題以自主設計的螺旋軸流泵為研究對象，通過理論分析、

2、數(shù)值模擬與試驗研究相結合的方法，分別研究了穩(wěn)態(tài)時單相流（清水）和固液兩相流（沙、油和水）對螺旋軸流泵性能的影響，分析了不同介質時泵內(nèi)部的流動規(guī)律，為其優(yōu)化設計提供參考和驗證依據(jù)。主要內(nèi)容如下:
　　 1.查閱大量資料，總結和借鑒了與其性能相似的螺旋離心泵、誘導輪、固液兩相流泵和軸流泵等水力設計資料，初步進行了螺旋軸流泵葉輪與導葉的水力設計。
　　 2.通過Pro/E軟件完成螺旋軸流泵過流部件（葉輪和導葉）的三維造型，并用

3、ICEM軟件對泵內(nèi)部流道區(qū)域進行非結構化網(wǎng)格劃分。
　　 3.以商業(yè)軟件ANSYS-CFX為主要分析工具，計算了介質為清水時螺旋軸流泵內(nèi)部流場的速度、壓力分布情況及泵的外部特性，并與試驗結果進行對比。結果表明:泵試驗性能曲線與預測性能曲線趨于一致，最大誤差小于6％;運行全過程中，獲得了平滑下降的揚程曲線和功率曲線，無馬鞍區(qū)、無過載現(xiàn)象發(fā)生，達到了設計要求。
　　 4.以固相顆粒直徑為2mm，所占體積分數(shù)分別為5％、10％

4、、15％，液相油所占比值為5％、10％、15％來分析了螺旋軸流泵葉輪流道內(nèi)固液兩相流場內(nèi)部變化規(guī)律，結果表明:沙和油的分布規(guī)律相似，主要集中于葉輪進口邊輪轂頭部、葉輪外緣及導葉外壁出口區(qū)域;當沙和油的濃度改變時，其對應的體積分數(shù)發(fā)生了變化，分布區(qū)域也有所改變，說明沙和油兩相互相影響對方的分布。
　　 5.在螺旋軸流泵固液兩相流穩(wěn)態(tài)分析的基礎上進行內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)流動特性分析，得到泵葉輪和導葉等水力部件內(nèi)部壓力脈動分布規(guī)律，以及影響因素