离心泵压出室及管内盐析液固两相流动的研究

论文摘要

本文的研究工作在国家自然科学基金项目“叶轮机械内伴有盐析的液固两相流动的研究”（No.50476068）的资助下完成。在自然界及现代工业中,伴有盐析的液固两相流现象普遍存在。为了更好地了解盐析机理及为输送盐溶液装置的优化设计提供一定的参考,本文在前人研究的基础上,对离心泵压出室及管内盐析两相流动进行了理论、数值模拟及实验研究,进行的主要工作及取得的成果如下:1、简要介绍了国内外管内及离心泵压出室盐析液固两相流的研究现状,自行设计了管内盐析两相流实验台,并采用PDPA实验装置系统对管内盐溶液不同工况下流速分布、粒径分布等进行了测量研究,获得“管内层流状态下盐析溶液中初始成核的机率远大于固壁表面成核的机率,是主导的成核机制”等结论;2、根据实际情况,提出非均相成核机制是盐析中晶体成核的主导机制,同时认为盐析晶体生长与一般晶体生长一样必须满足热力学条件和结构条件;3、认为描述盐析流动的合理的模型是双流体模型,分析了颗粒群模型的特点与优势,并依据该模型,建立管内相应的液固两相流动控制体,较完整地建立了包括质量方程、动量方程和能量方程在内的盐析液固两相层流流动控制方程组;4、运用Pro/E软件对设计的模型泵压出室进行三维造型;并对泵系统内部流道区域进行非结构化网格划分,为提高网格质量及加快求解速度采用了局部加密技术;5、采用Euler多相流模型及修正的k-ε湍流模型对模型泵在不同工况下的内部液固两相湍流场进行了耦合计算;为能与实测结果相比较,通过划分轴截面及轴面的方法,对各测点进行精确定位与结果显示,获得“在压出室整个360°周向范围内的不同径向截面上基本都存在二次流流动现象”的结论;6、介绍粒子图像速度场仪（PIV）的液固两相流动测量方法,并采用PIV对不同工况下离心泵压出室内盐析两相流场进行实验测量,将实测结果与计算结果进行对比,并对结果进行分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 盐析两相流动研究现状
• 1.2.2 盐析两相流研究方法
• 1.2.3 离心泵压出室研究现状
• 1.2.4 本章小结
• 1.3 本文研究的内容及意义
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 研究的目的及意义
• 第二章 盐析过程基本理论
• 2.1 盐析晶体生长基本理论
• 2.1.1 盐析晶体生长的基本条件
• 2.1.2 盐析晶体生长中的输运理论
• 2.1.3 溶液—晶体体系相变驱动力
• 2.1.4 非均相成核理论
• 2.1.5 成核速率
• 2.2 本章小结
• 第三章 管内盐析流动方程建立及实验研究
• 3.1 盐析液固两相流模型
• 3.2 管内盐析液固两相流方程
• 3.2.1 盐析过程物理模型
• 3.2.2 盐析过程数学模型
• 3.3 管内盐析液固两相流场的PDPA实验研究
• 3.3.1 相位多普勒粒子测速技术（PDPA）原理
• 3.3.2 实验方案设计及 PDPA测量方法
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 离心泵压出室内液固两相流场数值模拟
• 4.1 压出室设计及三维造型
• 4.2 离心泵内部液固两相流场计算模型
• 4.2.1 控制方程的建立
• 4.3 计算区域和边界条件
• 4.3.1 计算区域及计算网格
• 4.3.2 边界条件
• 4.4 计算结果及分析
• 4.4.1 速度场分布
• 4.4.2 压出室各端面二次流分布
• 4.4.3 固相体积浓度分布
• 第五章 离心泵压出室盐析两相流场实验研究
• 5.1 实验装置及测量系统
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 PIV测量系统
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 不同工况下液固两相速度场分析
• 5.2.2 盐析粒子对压出室内液固两相速度场的影响
• 5.2.3 隔舌部分实验和数值计算结果比较分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.1.1 管内盐析两相流动研究
• 6.1.2 离心泵压出室内盐析两相流动研究
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士期间参加的主要科研项目