自吸离心泵内气液两相流计算及性能实验研究

自吸泵属于特殊离心泵。它只需要在首次启动前向泵内注入一定量的水,以后再次启动时则不需要灌泵。自吸泵以其特有的性能,被广泛应用于农业、消防、石油化工、电力、食品等部门。尤其近年来在油气储运工程中,取得了非常广泛的应用。近年来,随着计算流体力学(CFD)的广泛应用以及计算机硬件水平的提高,很多学者都对自吸泵内部气液两相流的数值模拟做了相关研究,在一定程度上了解了自吸泵内的流动状态和水力性能。但这些研究也存在一些问题:这些模拟计算基本上是采用自吸泵入口含气率按某个固定值作为边界条件的处理办法。但现实中自吸泵启动前,一部分吸入管路充满气体。泵启动后在一段很短的时间内,泵入口的含气率随时间和空间的变化都非常显著,所以上述的模拟计算与实际情况会有较大偏差。因此本文将采用理论分析结合泵内流场的定常与非定常数值模拟以及模型泵的实验等手段,对立式自吸离心泵内部流场以及自吸过程进行分析研究。本文将主要进行如下工作:(1)通过广泛查阅国内外相关资料,对自吸泵的研究发展现状以及国内外的研究成果做以总结。并介绍自吸泵的基本工作原理、结构、自吸性能的影响因素。还要对自吸离心泵主要过流部件进行水力设计。(2)对立式自吸离心泵的模型泵首先进行性能试验。要测量在不同流量工况下,模型泵的扬程、效率及功率的性能曲线。然后通过实验得到模型泵的外特性曲线。(3)应用Pro/ENGINEER对泵内流体的流动域进行三维造型,再利用ANSYS提供的ICEM软件进行网格划分。(4)应用CFX软件对泵内单液相流场进行定常数值模拟。研究流场的压力和流速分布规律以及外特性变化特征,并要得到自吸离心泵的性能曲线的预测值。再将实验得到的性能曲线与预测的性能曲线进行对比,以验证数值模拟的可靠性。(5)利用CFX软件对泵内气液两相流进行非定常数值模拟,研究在泵的自吸过程中,泵内气液两相流的含气率、压力和流量的分布规律及流动特征。对叶轮入口、泵出口、蜗壳出口及蜗壳孔口处的相关参数进行了监测,并将结果进行对比分析,最后根据泵出口的气相流量,给出了估算自吸泵自吸时间的方法。此外,还研究挡板结构对自吸泵的特殊作用。

立式自吸离心泵; 实验研究; 数值模拟; 气液两相流; 自吸时间;

黄思;

TH311

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