侧向进口渣浆泵内部三维流场数值模拟研究

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渣浆泵被广泛的应用于各行各业,但是实际应用中渣浆泵的密封有效时间短、密封效果不好的问题一直没能得到有效的解决,这不仅造成了大量的物力财力损失,更严重还会威胁操作人员的人身安全。因此研究轴封性能更好的渣浆泵,推进关键设备的自主研发具有非常重要的意义。本文从解决轴封问题的角度出发,设计了侧向进口结构的渣浆泵。为展开对侧向进口渣浆泵与传统轴向进口渣浆泵的对比研究,采用计算机辅助设计的方法对两种不同结构渣浆泵进行实体建模和三维流道建模。然后采用数值模拟对两种结构渣浆泵的清水性能进行了对比分析,通过两种渣浆泵与250ZJ-I-A75型渣浆泵性能表及性能曲线的对比,对侧向进口渣浆泵清水性能做出评价。最后模拟固液两相流工况下渣浆泵内固相浓度及速度分布,对渣浆泵内过流部件的磨损规律进行了分析研究。研究成果对渣浆泵的应用及发展有重要的意义。本文主要研究工作及研究结论如下:1.分析了我国的渣浆泵应用研究现状,对比轴向进口渣浆泵与侧向进口渣浆泵的结构区别,分析了轴向进口渣浆泵轴封易失效的原因,并对两种结构渣浆泵进行了水力及结构改进。2.利用SolidWorks软件对设计的两种渣浆泵全流道进行三维建模,将三维水体模型导入ICEM软件对其进行网格划分。使用与250ZJ-I-A75型渣浆泵清水性能表相同的工况在FLUENT软件中对侧向进口渣浆泵全流道进行了清水工况下的三维数值模拟计算,对压力、速度等参数分布规律进行了分析。结果表明(1)侧向进口渣浆泵轴封处的流场比轴向进口渣浆泵轴封处流场更稳定,侧向进口结构能从根本上解决轴封泄露的问题。(2)在相同半径处,叶片工作面的压力高于叶片非工作面,随着径向距离的增加,主叶片与导叶中的压力、速度均随之升高。(3)相对于流量,转速对蜗壳内压力的影响更大,随流量增加蜗壳中最高压力值不变,但是高压区域增大。3.对侧向进口渣浆泵与轴向进口渣浆泵在相同工况下水力特性进行了对比研究。结果表明,两种结构渣浆泵的性能曲线变化趋势基本一致,侧向进口渣浆泵的性能相比轴向进口渣浆泵有一定降低:在效率最高点扬程降低约11.1%;轴功率降低约9.8%;效率降低约5.2%。4.研究了固液两相流工况下渣浆泵内固相浓度的分布规律,对渣浆泵过流部件的磨损规律进行了探究。结果表明,(1)侧向进口段内在流体绕过轴碰撞的位置固相浓度较高,在该位置易发生磨损。(2)叶片的进、出口位置为易磨损区域。相比于轴向进口渣浆泵,侧向进口渣浆泵内固体颗粒在叶轮中分布更均匀,且叶片非工作面的固相浓度要高于叶片工作面。(3)沿蜗壳到出口管外侧壁面固相浓度较高,该区域为磨损易发生位置。
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