渣浆泵叶轮湍流场模拟及颗粒轨迹分析

为提高渣浆泵的抗磨性能并优化泵的设计，采用RNG κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法对多工况下渣浆泵叶轮内部清水流场进行了数值计算，得到叶片表面相对速度矢量分布，分析了叶片表面回流、旋涡现象；基于单颗粒动力学模型，采用拉格朗日法计算了多工况下固相颗粒的运动轨迹，分析不同粒径颗粒对叶片表面磨损的影响。结果表明：叶片压力面进口在大流量工况下开始出现回流，而叶片吸力面进口则在小流量工况下回流、旋涡严重，叶片进口的回流、旋涡不仅容易引起NPSH，增高，诱发空化现象，还会导致颗粒聚集、反复冲击该区域；在小流量工况下，叶片压力面出口和吸力面出口均出现大区域的回流，甚至延伸至叶片中段，随着流量增大，回流和旋涡区域逐渐缩小，由此可见叶片出口在小流量工况下的磨损比较严重；其他因素一定时，固液混合物的流量越小，颗粒在进入叶片流道前停留的时间越长，导致颗粒与叶片头部的碰撞概率增大；随着颗粒直径增大，颗粒向叶片压力面靠近的趋势越明显，与压力面的碰撞机会也增多，从模拟结果可以看到，该叶轮对1mm以上的大颗粒适应性不好，在设计流量工况下，0．5～1mm粒径范围内颗粒适应性最好。