螺旋離心泵內(nèi)氣液兩相流及結(jié)構(gòu)動力特性研究.pdf

1、為了輸送港口活魚，瑞士工程師Martin Sthale于上個世紀(jì)60年代發(fā)明了帶有螺旋形葉片的泵，由于它集螺桿泵與離心泵的優(yōu)點(diǎn)于一體，被稱作螺旋離心泵，已廣泛地應(yīng)用于世界各大港口。由于螺旋離心泵輸送介質(zhì)多帶直徑較大的固體顆?；蛘呒?xì)長的纖維狀組織物，所以螺旋離心泵的無堵塞性能和抗磨損性能得到足夠的重視，國內(nèi)外對螺旋離心泵的固液兩相流的問題已經(jīng)進(jìn)行了較為充分的研究，并且取得了豐碩的成果，解決了大量的工程應(yīng)用問題。螺旋離心泵輸送含有大直徑顆粒

2、介質(zhì)時必定伴隨產(chǎn)生大量的氣泡，所以對螺旋離心泵進(jìn)行氣液兩相流方面問題的研究便顯得十分必要。
　　本文通過對螺旋離心泵的三維建模、網(wǎng)格劃分以及進(jìn)行了全流道的定常數(shù)值模擬，總體分析了在輸送氣液兩相流介質(zhì)工況下螺旋離心泵的內(nèi)部流場特性，并且對該模型泵流道內(nèi)氣相分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)動力特性進(jìn)行了更深層次的研究，得出結(jié)論如下：
　　1、在葉輪域內(nèi)，氣體主要分布在葉輪中心部位，隨著氣相體積分?jǐn)?shù)的增大，氣體在葉輪中的分布逐漸趨于均勻；相同含氣量

3、下，隨著葉片包角的增加，由于葉片工作面是直接做功部件，在離心力的作用下，氣相被葉片工作面軸向推送至葉片背面，使葉片工作面上的氣體含量比葉片背面小，這種現(xiàn)象將會導(dǎo)致葉片背面的汽蝕會比較嚴(yán)重；
　　2、相對葉輪域內(nèi)的氣相分布，蝸殼域內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)分布更加均勻，而且其氣相體積分?jǐn)?shù)均大于葉輪域內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)，其出口附近的氣相體積分?jǐn)?shù)基本接近泵入口處的體積分?jǐn)?shù)值；
　　3、輸送氣液兩相流工況下過流部件上的靜壓分布與輸送清水工況下過

4、流部件表面靜壓分布規(guī)律相似，整體變化趨勢較接近，但當(dāng)輸送氣液兩相流時，計(jì)算域內(nèi)過流部件表面壓力均較清水工況下小，而且隨著氣相體積分?jǐn)?shù)的增加，相同部位上的靜壓逐漸減小，泵輸送能力受限；
　　4、輸送氣液兩相流時，葉輪入口附近的負(fù)壓較嚴(yán)重，并且隨著含氣量的增加，葉片工作面和背面入口處負(fù)壓現(xiàn)象加劇，這對該泵的輸送性能和汽蝕性能均有很大影響，由于氣體密度較清水小，在葉輪旋轉(zhuǎn)的離心力帶動作用下，氣體在葉輪入口附近聚集，并且很難被甩出；

5、>　　5、隨著氣相體積分?jǐn)?shù)的增加，泵出口面上的靜壓逐漸降低，隨著輸送氣體含量的增大，螺旋離心泵輸送性能直線下降，從不同氣相體積分?jǐn)?shù)下的揚(yáng)程變化可以看出，隨著氣相體積分?jǐn)?shù)的增加，泵總體揚(yáng)程趨于直線下降趨勢，隨著氣相體積分?jǐn)?shù)增加，螺旋離心泵輸送效率逐漸減小，體積分?jǐn)?shù)的變化對揚(yáng)程和效率的影響幅度均比較大。
　　6、系統(tǒng)的第一主應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在鍵與泵軸連接處，最大變形發(fā)生在葉輪出口輪緣位置處，葉片最大應(yīng)力出現(xiàn)在葉輪出口靠近輪轂位置處，系

6、統(tǒng)各個工況點(diǎn)相應(yīng)位置的應(yīng)力值，與流量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與揚(yáng)程呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。
　　7、小流量工況下整個轉(zhuǎn)子部件的強(qiáng)度校核顯示，結(jié)構(gòu)完全能夠滿足強(qiáng)度要求，該螺旋離心泵的葉輪不會發(fā)生由于強(qiáng)度不足而失效的事故。
　　8、在各種載荷特別是流體反作用力等預(yù)應(yīng)力作用下，與自由振動情況相比，結(jié)構(gòu)的模態(tài)分布幾乎沒有發(fā)生變化，無論是振型或者固有頻率分布都基本沒有變化，這說明預(yù)應(yīng)力的作用對結(jié)構(gòu)的模態(tài)分布幾乎沒有影響，其并沒有顯著改變結(jié)構(gòu)各個方向的剛