迷宫螺旋泵水煤浆输送的CFD数值模拟及其内部磨损的初步探讨

论文摘要

本文简要介绍了水煤浆技术的发展以及几种水煤浆输送泵的特点,重点分析了迷宫螺旋泵的特点及其发展概况。为探明迷宫螺旋泵内部固液两相流动的规律,本文选用MLB-170-0.5型双端迷宫螺旋泵为研究对象,应用FLUENT计算流体力学分析软件及RNGκ-ε模型,对水煤浆高速迷宫螺旋泵内部流场进行数值模拟和仿真,得到了泵内部压力、速度、固相体积分数、湍流强度和剪切应力的分布情况,同时也对其内部的颗粒磨损机理进行了初步探讨。迷宫螺旋泵内固液两相流动的规律：压力从进口到出口是逐渐增大的；在中间螺旋段部分,速度的轴向分布是一样的,在周向上随着轴径的减小逐渐增大,在转子螺纹槽处达到最大；固相体积分数分布在径向值相同的不同区域是有差别的,沿着螺旋半径增大的方向逐渐增大,定子螺槽部分固相体积分数达到最大；螺纹定、转子间隙区域的湍动程度最强烈,定、转子螺纹槽根处的流体湍动相对比较平缓；距定、转子工作面较近的地方流体对壁面所产生的剪切应力比较大,且固体颗粒相煤较液相水对工作面所产生的剪切应力更大。体积分数相同、粒径不同和粒径相同、体积分数不同两种介质下固相体积分数和粒径对两相流规律的影响：粒径相同时,固相体积分数越大,出口压力越大,速度分布和湍流强度均没有明显变化,液相水的剪切应力减小,固相煤的剪切应力增大；固相体积分数相同时,颗粒粒径越大,压力和湍流强度不变,颗粒相速度减小,液相水剪切应力增大,固相煤剪切应力减小。由模拟结果可知螺旋定子部分的固体颗粒体积含量较高,转子螺槽部分颗粒的速度较高,由磨损率公式初步预测螺旋转子受到颗粒的磨损比较严重,这就对转子的材料和加工工艺有更高的要求。通过对水煤浆固液两相流的数值模拟,得到了定转子内部流场的流动情况,为迷宫螺旋泵的进一步研究设计提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水煤浆技术的发展背景及意义
• 1.1.1 国内外水煤浆技术的发展背景
• 1.1.2 发展水煤浆技术的意义
• 1.2 水煤浆的制备及输送设备的选择
• 1.3 常见的水煤浆泵的类型及特点
• 1.4 迷宫螺旋泵的发展概况
• 1.4.1 迷宫螺旋泵的前人研究成果
• 1.4.2 迷宫螺旋泵的基本结构
• 1.4.3 迷宫螺旋泵的工作原理
• 1.4.4 迷宫螺旋泵的特点
• 1.4.5 迷宫泵的螺旋槽参数
• 1.4.6 迷宫螺旋泵的应用
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.6 本课题的目的和意义
• 第二章 CFD理论基础与模型
• 2.1 CFD软件的简介
• 2.1.1 CFD软件的产生
• 2.1.2 CFD软件的介绍以及选用原则
• 2.2 FLUENT软件
• 2.2.1 FLUENT软件的简介
• 2.2.2 FLUENT软件的特点
• 2.2.3 FLUENT软件的优点
• 2.3 FLUENT软件提供的流动模型和控制方程
• 2.3.1 湍流模型与控制方程
• k方程和^ε方程'>2.3.2^k方程和^ε方程
• 2.3.3 多相流模型
• 2.4 离散方法
• 2.5 两相流的物理模型和数值模拟方法
• 2.5.1 两相流的物理模型
• 2.5.2 两相流的数值模拟方法
• 本章小结
• 第三章 迷宫螺旋泵流场模型的建立
• 3.1 用CFD软件实体建模的概述
• 3.2 迷宫螺旋泵的几何模型建立与网格生成
• 3.2.1 迷宫螺旋泵的几何建模依据
• 3.2.2 迷宫螺旋泵的几何建模过程
• 3.2.3 计算网格的选择与划分
• 3.3 流场物理模型的建立
• 3.3.1 边界条件的设置
• 3.3.2 FLUENT求解器的设置
• 3.4 流场的求解计算
• 3.4.1 流场解的初始化
• 3.4.2 求解计算
• 本章小结
• 第四章 迷宫螺旋泵流场的CFD数值模拟
• 4.1 同种介质的数值模拟结果
• 4.1.1 流场压力分布情况
• 4.1.2 流场速度分布情况
• 4.1.3 两相体积分数分布情况
• 4.1.4 湍流强度分布情况
• 4.1.5 剪切应力分布情况
• 4.2 不同固相体积分数和粒径时的模拟结果
• 4.2.1 不同固相体积分数下的流场模拟结果
• 4.2.2 不同粒径下的流场模拟结果
• 本章小结
• 第五章 迷宫螺旋泵内部磨损特性分析
• 5.1 固液两相流磨损的机理
• 5.2 固相体积分数和速度对磨损的影响
• 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.1.1 固液两相流动的基本规律
• 6.1.2 不同介质下固液两相流动的基本规律
• 6.1.3 模拟结果的总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书