转轮及导叶流域固液两相流研究

为了研究灯泡贯流式机组内流状态和磨损规律基于欧拉-欧拉法中的Particle非均匀相模型,对不同固相直径、浓度、导叶开度下水轮机固液两相流工况进行计算。结果表明,固相高浓度区集中在转轮域和尾水管进口处,且随着固相直径和浓度的增加而增加。随着固相直径和浓度的增加,导叶域表面压力、固相速度、固相浓度分布均增加,导叶背面更易发生磨损。在转轮域,固相高浓度区分布在叶片正面轮毂处和进水边,叶片背面整体固相浓度分布较高,且表面固相速度、浓度分布与固相直径和入口浓度呈正相关。

强迫振动下垂直管道固液两相流数值模拟研究

粗颗粒固液两相流的管道输运适用于深海采矿工程.扬矿管道在流致振动作用下的内部固液两相流的输运机理尚未被完全探究.因此,采用计算流体动力学(CFD)与离散元(DEM)耦合的方法,分析不同粒径、不同振动频率与振幅和不同浓度工况下在强迫振动管道中的粗颗粒动力学特性以及管内流场变化特性.其中,将管道的振动简化为一维径向振动,将实际工况中的柔性管道假定为刚体管道.研究表明,在管道振动过程中,大颗粒相比小颗粒的惯性更大,而流体也需要更大的速度产生更大的曳力推动大颗粒,导致更大的轴向流场速度以及更大的轴向颗粒速度.随着粒径增大,大颗粒对流场的扰动更大,导致流体与壁面间的作用力更大;并且大颗粒与壁面间的碰撞和摩擦作用力更大,因此壁面剪应力增大.同时,大颗粒与流体间摩擦损耗的能量也更大.因此管道需要更大的能量将其输运,导致振动管道内的压降增加.增大管道振动频率与振幅会导致颗粒在截面上的分布更加分散,同时对流场扰动更大,然而对轴向流场速度的影响相对较小.增大进料浓度使颗粒间、颗粒与流场间的作用更加频繁,导致颗粒分布发生变化,并导致更大的轴向流场速度和湍动能.

磨损模型对固液两相流泥沙磨损计算影响

黄河沿岸水流含有大量悬移质泥沙颗粒,极易对水轮机过流部件造成泥沙磨损。选择合适的磨损模型计算磨损深度具有重要意义。本研究采用四种磨损模型,在两种颗粒直径和两种流速条件下,对直角弯管固液两相流场进行数值模拟。通过对比计算所得的磨损深度与实验值,筛选出适用于黄河沿岸悬移质颗粒的磨损模型。结果表明:磨损区域主要位于上下游管道连接位置及下游圆周向90°、270°位置,大颗粒直径90°~270°磨损更加明显;综合来看,Tusla和Oka模型计算精度更高。大颗粒直径推荐使用Oka模型进行计算,其在兼顾计算精度的前提下,又因其模型中考虑了颗粒直径;小颗粒直径条件,推荐使用计算精度最高的Tusla模型来计算小颗粒磨损问题。本研究可为黄河沿岸水电站的固相两相流泥沙磨损计算提供模型选择参考。

桁架过流式三偏心蝶阀固液两相流冲蚀数值模拟

利用计算流体力学欧拉-拉格朗日法,对桁架过流式三偏心蝶阀进行了固液两相流冲蚀数值模拟研究。结果显示,阀门附近流通截面积缩小使得其附近流场压降变化剧烈,进而导致液相介质与其携带的固相颗粒速度增大,对阀座迎水面壁面造成严重冲蚀。随着阀门开度增大,阀门前后压力降低,液相介质和固相颗粒速度减小,阀座迎水壁面上冲蚀速率降低的同时冲蚀面积增大。阀门上冲蚀速率随着液相入口流速或固相颗粒质量流量的增大而增大,相同固相颗粒质量流量下,冲蚀频率和颗粒质量是决定冲蚀速率的主要因素。

不同比转速离心泵固液两相流泥沙磨损特性研究

黄河沿岸引黄泵站多选用离心泵进行农业灌溉,但黄河水含沙量大造成的过流部件磨损问题严重威胁泵站的正常运行。比转速是影响叶片形状与转轮参数的重要因素,针对不同比转速离心泵叶轮的不同,采用固液两相流数值计算方法,研究5种不同比转速离心泵磨损特性。结果表明,不同比转速离心泵叶片磨损分布较高的区域主要集中在叶片进出口处。随着比转速的增大,叶片中心块状磨损区域消失,叶片上的磨损逐渐降低;流量、扬程、转速对叶片磨损的影响依次减小。固相体积分数在叶片头部较高,并随着比转速的增大在头部出现带状高固相体积分布区域,叶片上固相体积分布与磨损分布相似度不高,对叶片的磨损影响较小;固相速度在各工况下变化趋势相似,随着比转速的增加,叶片中心固相速度由高于首尾变为低于首尾,正是叶片中心块状磨损区域消失的主要原因,叶片上固相速度分布与叶片磨损分布几乎一致,对叶片磨损性能的影响最为明显。研究结果可为引黄泵站的离心泵水力设计及性能优化提供参考。

基于流体动力学的固液两相流对阀口冲蚀机理分析

本文围绕基于流体动力学的固液两相流对阀口冲蚀机理展开了深入分析,并特别关注了不同粒径颗粒物在阀口间隙中的分布情况。依据ISO4406-1987标准,选取5μm和15μm作为特征粒度,本文仿真分析了8μm和12μm粒径的颗粒物在不同阀口开度下的分布情况。结果表明,颗粒物在间隙中的分布与阀口开度密切相关,且较大粒径的颗粒物更易在铜套与阀芯间隙端聚集,使得阀口的冲蚀风险增大。这些发现对于优化零件设计、提高阀口的抗冲蚀性和元件工作可靠性具有重要意义。

固液两相流离心泵内部流场数值模拟与磨损特性

基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流离心泵的内部流场进行了数值模拟。对液相采用标准k-ε湍流模型,对固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。分析了在颗粒体积分数为0.1,固体颗粒直径分别为0.1、0.25、0.5、0.75 mm时,过流部件壁面处固体颗粒相的滑移速度。结果表明:随着颗粒直径的增大,壁面处固体颗粒相的滑移速度增大;固体颗粒相向叶片工作面偏移;在叶片头部、叶片压力面和吸力面的中部到尾部处、蜗壳起始段靠近隔舌处和靠近叶片压力面尾部的前后盖板处等壁面,固体颗粒相的滑移速度较大,磨损较为严重。

基于Particle模型固液两相流离心泵流场数值模拟

基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流离心泵的内部流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件.重点分析了过流部件壁面处固体颗粒的滑移速度、颗粒体积分数分布、滑移速度及体积分数分布与过流部件磨损的关系,将数值模拟结果与相关文献中的试验结果进行对比.结果表明:在蜗壳大包角壁面处,固体颗粒相的体积分数较大;在叶片头部靠近前盖板处、叶片压力面和吸力面的尾部处、蜗壳起始段靠近隔舌处和靠近叶片压力面尾部的前后盖板处等壁面,固体颗粒相的滑移速度较大,磨损较为严重.采用Particle模型和非均相模型能准确地模拟固液两相流泵内的流动规律.

离心泵叶轮固液两相流动及泵外特性数值分析

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC法,对离心叶轮三维固液两相流场进行了耦合计算,得到了固相(颗粒)不同粒径、不同体积浓度不同密度以及不同流量时的固相(颗粒)浓度分布,并研究了外特性的变化规律。模拟结果表明,颗粒本身的性质-密度、粒径对颗粒的分布及运动规律影响较大,密度、粒径越大的颗粒在惯性力作用下易偏向工作面;颗粒体积浓度对颗粒的分布略有影响;泵在非设计工况下运行时,相对进口液流角的变化影响了颗粒在叶轮内的分布情况;颗粒密度、粒径、固相体积浓度的增大会引起扬程的减小。

离心式固液两相流泵叶片形状对流体动力特性影响的研究

给出了考虑离心力作用时的叶片近壁表面固液两相流体粘性流动的分析方法,以实泵为例从理论上分析和阐述了叶片形状对流体的动力特性的影响,并通过对比试验对其进行了验证。明确了这种影响主要体现在三个方面,即泵的水力效率及其动力性能和理论扬程。同时给出了叶片型线的优劣评价依据和如何实现或获得一条合理叶片型线的方法。所得结论对离心式固液两相流泵叶片型线的选型和设计具有指导意义。

小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析

针对螺旋离心泵内固液两相流动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变沙粒粒径和含沙水体积分数的方法,对小粒径颗粒在螺旋离心泵内的流动进行了数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮工作面和背面的分布规律以及固相体积分数沿叶轮轴面、叶片背面和工作面的分布规律,并在此基础上给出了螺旋离心泵内的磨损特性.

后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化

针对轴流叶轮在污水固液两相流介质中的磨损问题,该文设计了不同后掠式叶轮结构方案进行优化设计,分别对后掠角度为40°、65°、90°的后掠叶片和原型叶片进行固液两相流数值模拟和试验对比,并分析了不同后掠方案叶轮内固体颗粒的分布特性。数值模拟结果表明,随着后掠角度的增加,叶片压力面固相体积分数会逐渐减少,而叶片吸力面上固相体积分数会先增加后减小,叶轮内固相的径向流动越明显并且叶片后掠角度越大,固相就越难与叶片压力面接触,而越易与叶片吸力面接触;颗粒直径越大,后掠叶片压力面上固相体积分数越大,而叶片吸力面进口边靠近轮毂处的固相体积分数增加;颗粒浓度越大,后掠叶片压力面上固相体积分数减少,叶片吸力面上固相体积分数增加。当优化后的后掠叶片角为90°时,该叶片结构优化了固体颗粒的分布,可大幅降低叶片轮缘处的磨损,提高了轴流叶轮在污水介质中的使用寿命和运行可靠性。

基于CFD的充填管道固液两相流输送模拟及试验

为解决和睦山铁矿充填料浆的管道自流输送问题,采用固液两相流理论和计算流体动力学(CFD)方法,建立充填料浆在管道中自流输送的两相流控制方程;利用Gambit构造实际管道的三维网格模型,在Fluent的3D解算器中进行数值模拟。通过分析管道输送的阻力损失和弯管部分的受力情况,获得料浆输送的最佳浓度和流量。料浆坍落度试验、自然沉降试验以及现场工业输送试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果为该矿即将投入使用的永久充填系统运行参数的选取提供了重要的依据。

潜水轴流泵内部固液两相流动的数值模拟

为分析潜水轴流泵流道内部固液两相流动特征,采用Mixture多相流模型,RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用Fluent软件对一污水处理厂用潜水轴流泵中固液两相流动进行了数值计算.并与清水单相流数值计算结果进行了对比,揭示了不同颗粒固相体积分布和颗粒直径条件下潜水轴流泵流道内的固液两相流动规律.结果表明:在叶轮流道内,固体颗粒主要分布于叶轮压力面上,而在叶轮吸力面的分布较少;在叶片压力面上,固体颗粒主要集中于叶片进口处和靠近轮毂处;当颗粒固相体积分布不变时,随着粒径的增大,会出现颗粒由压力面向背面迁移的趋势,而在背面会向出口处迁移;当粒径不变时,随着颗粒固相体积分布的增大,在叶片压力面上颗粒逐渐向进口和轮毂处靠拢,而在叶片吸力面上颗粒不断向着出口及靠近轮毂处迁移.

水平管道内固液两相流流动特性的CFD模拟

引言 固液两相流管道水力输送技术始于20世纪初，现已广泛应用于能源、化工、石油、矿业、水利、冶金及环保等各工业领域，量化管道内固液两相流流动特性对于指导输送系统的安全运行及优化设计尤为关键。长期以来，两相流复杂的力学特性给其流动过程的数学建模及模型求解带来了诸多困难。在研究两相流的流动特性时，基于宏观实验现象对其进行数学描述的方法已被广泛采用。

固液两相流管道输送实验台的系统设计与测试方法

针对粒状物料管道水力输送的特点,设计建造了固液两相流管道输送实验台,着重介绍了实验台的系统结构、测试方法和主要功能. 实践表明,该实验台设计合理、功能完善、测试准确可靠,可以用来模拟工业管道的各种工况.

固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损

针对固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损机制,应用固液两相流离散相模型(discrete phase model,DPM),建立钻头内流道冲蚀磨损的物理模型,获得粒子参数对内流道磨损的影响规律,并进行室内实验,验证DPM模型的有效性。研究结果表明:粒子对钻头内流道冲蚀磨损主要分布在内流道收缩面,越靠近钻头中心轴线,磨损率越大;随粒子入口速度的增大,内流道平均磨损率增大;随粒子直径的增大,内流道平均磨损率先减小后增大,最后趋于稳定,当直径为2.0 mm时平均磨损率最小;随粒子体积分数的增大,内流道平均磨损率近似呈直线增加;当粒子入口角度为50°时,内流道平均磨损率最大;压力对于内流道磨损影响较小;进行100 h磨损实验后,钻头内流道的磨损率减小了0.80%。

螺旋轴流泵的固液两相流动数值模拟

为研究螺旋轴流泵输送含有沙、油和水的固液两相时内部的流动情况,基于Ansys CFX软件,应用RNG k-ε湍流模型,采用固相颗粒直径为2 mm,初始体积分数分别为5%,10%,15%,以及液相油初始体积分数分别为5%,10%,15%时,对螺旋轴流泵叶轮流道内固液两相流场内部变化规律进行数值计算.结果表明:沙和油的分布规律相似,主要集中于叶轮进口边轮毂头部、叶轮外缘区域;当沙和油的初始体积分数改变时,其对应的过流部件内体积分数分布也发生了变化,分布区域也有所改变,说明沙和油两相互相影响对方的分布;当沙和油的初始体积分数一定时,各相的相对速度变化规律总体上趋于一致,其相对速度由大到小依次为沙、油和水;扬程和效率的计算曲线与试验曲线基本吻合,扬程误差值在3%左右,效率误差值在4%左右,说明试验方案的设计合理可行,数值模拟结果较为准确.

脱硫泵固液两相流动的数值模拟与磨损特性

采用k-ε-Ap模型模拟了脱硫泵内固液两相流动,并对3种直径的颗粒浓度分布、速度分布及磨损特性进行了研究.结果表明,不同直径的固体颗粒在叶片压力面上的体积浓度均比吸力面上高,其浓度随颗粒直径增加而增加;在蜗壳中,颗粒主要分布在蜗壳近壁处,并随颗粒直径增大而浓度增加.其相对速度矢量方向基本沿叶片表面,与叶片相切,因此在叶片上主要发生滑动磨损;固体颗粒以较小角度与蜗壳壁面相碰撞,随颗粒直径增大,角度略有增加,在离心力的作用下,固体颗粒以较大径向速度挤压蜗壳壁面,并沿蜗壳周壁向出口运动,导致蜗壳发生严重滑动磨损;颗粒在蜗壳隔舌附近的运动比较紊乱,导致在隔舌部位主要发生冲击磨损.数值模拟结果与实际磨损情况比较吻合,表明所采用的计算方法是可行的.

基于固液两相流的纸浆泵磨损预测

分别采用Euler-Euler和Euler-Lagrange两相流模型对离心式纸浆泵进行了数值模拟,考虑叶轮间隙流动,预测了泵的磨损特性.欧拉方法采用Particle两相流模型,壁面的磨损程度与固相体积分数和滑移速度相关.拉格朗日模型采用Finnie磨损预估模型.开式叶轮纸浆泵多个流量工况的计算结果显示,欧拉方法预测的叶片和前盖板在设计流量下磨损严重,压水室在小流量工况时磨损严重.拉格朗日方法显示叶片和前盖板的磨损最严重,磨损率随流量增加先增大后减小,压水室和后盖板的磨损率逐渐减小.2种模型预测的叶轮与前盖板磨损严重的现象与实际吻合;拉格朗日模型可定量分析磨损部位和磨损程度等特性.本研究为纸浆泵的两相流数值模拟和磨损特性研究提供了一定参考.