螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究.pdf

1、螺旋離心泵是一種具有特殊結(jié)構(gòu)與效率優(yōu)于離心式雜質(zhì)泵和旋流式雜質(zhì)泵的固液兩相流泵，將螺旋泵與離心泵融合為一體，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可將兩者的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。相比其他雜質(zhì)泵，螺旋離心泵具有良好的無(wú)堵塞性、吸入性能、調(diào)節(jié)性能和抗汽蝕性能，并具有無(wú)過(guò)載、效率高及高效區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。
　　 長(zhǎng)久以來(lái)，泵類產(chǎn)品能量利用率的提高問(wèn)題，一直困擾著泵行業(yè)工作者，如何在同等工況下，獲得較高的效率，是泵行業(yè)工作者最為關(guān)心的問(wèn)題。相對(duì)于離心泵，螺旋離心泵的效率普遍較

2、低，也就是說(shuō)螺旋離心泵的效率仍具有較大的提升空間。而葉輪作為螺旋離心泵的重要元件，甚至可以說(shuō)是螺旋離心泵的心臟，葉輪的葉片形狀對(duì)葉輪的水動(dòng)力特性具有決定性的影響，在很大程度上決定著該泵的效率。對(duì)于輸送固液兩相流介質(zhì)的螺旋離心泵來(lái)說(shuō)，由于其葉輪內(nèi)水流狀態(tài)的復(fù)雜性，一元流動(dòng)理論和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法難以滿足設(shè)計(jì)優(yōu)良水力性能葉輪的需要；從固液兩相介質(zhì)在螺旋離心泵葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)看，其葉輪使得流體完成從軸向至徑向的過(guò)渡，液流的軸向速度由大變小，徑向速

3、度則相反，這就要求葉片的螺距從進(jìn)口至出口要做由大到小的平滑變化。因此，探究葉輪能量轉(zhuǎn)換機(jī)理和葉輪各個(gè)部分內(nèi)的流動(dòng)與做功情況，可以為葉輪的合理設(shè)計(jì)提供更有效地改進(jìn)方案。
　　 本文針對(duì)螺旋離心泵能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的主要研究，內(nèi)容如下：
　　 一方面從理論上分析了流體機(jī)械內(nèi)部的流體流動(dòng)情況，應(yīng)用歐拉方程，將流體在葉輪中的能量分為動(dòng)壓頭和靜壓頭來(lái)處理，為數(shù)值模擬來(lái)研究螺旋離心泵內(nèi)部流動(dòng)和葉輪各段的做功能力提供了理論基礎(chǔ)；另一方面通過(guò)

4、數(shù)值模擬，分析了葉輪作用下內(nèi)流場(chǎng)的壓力分布、速度分布以及固相濃度分布，由此得出了螺旋離心泵能量轉(zhuǎn)換機(jī)理以及與其優(yōu)越的抗堵塞特性和無(wú)損特性等產(chǎn)生的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 本文的創(chuàng)新性主要有：
　　 1)應(yīng)用流體機(jī)械的歐拉方程，將葉輪轉(zhuǎn)換的能量分為動(dòng)壓頭和靜壓頭來(lái)解釋螺旋離心泵的能量傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律；
　　 2)研究螺旋離心泵的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)沿葉輪的分布規(guī)律，并將螺旋離心泵葉輪的輪緣線和輪轂線分段，分別從動(dòng)壓頭和靜壓頭變化分

5、析螺旋離心泵的能量沿葉輪包角的轉(zhuǎn)換能力，對(duì)于螺旋離心泵的性能提高和設(shè)計(jì)理論的完善具有很好的指導(dǎo)意義。
　　 通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算，從螺旋離心泵能量的總體轉(zhuǎn)換性能，具體探討了設(shè)計(jì)工況下，介質(zhì)分別為清水和固液兩相流的沙水時(shí)流場(chǎng)的速度、壓力、流線、水力損失等，對(duì)其全流道流動(dòng)的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了定性與定量對(duì)比分析，獲得主要結(jié)論如下：
　　 1)沿包角的由小到大，相對(duì)速度的總體變化局勢(shì)是逐漸增大的，在很小的區(qū)段略有降低，這在一定

6、的程度上降低了螺旋離心泵效率的提高；
　　 2)在螺旋離心泵葉輪做功過(guò)程中，螺旋段的靜壓頭和動(dòng)壓頭的整體是增加的，而在離心段則不一定。在最大半徑處，靜壓頭達(dá)到了最大，說(shuō)明螺旋離心泵的揚(yáng)程主要是螺旋段產(chǎn)生的，葉輪前部螺旋段起到了多級(jí)加能的作用，這也驗(yàn)證了螺旋段在葉輪做功中起著主要作用；
　　 3)在兩相流湍流運(yùn)動(dòng)的情況下，由于力場(chǎng)的不同，在螺旋離心泵葉輪螺旋推進(jìn)和離心作用下，使得固液兩相以不同的速度運(yùn)動(dòng)。螺旋離心泵在模擬工