| 题名 | 含沙水条件下离心泵的磨损特性及空化性能研究 |
| 作者 | 郑英杰 |
| 答辩日期 | 2017 |
| 导师 | 刘宜 ; 赵伟国 |
| 关键词 | 离心泵 磨损特性 空化性能 多相流 数值模拟 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 泵是一种通用机械,在人类生活和社会发展中发挥着重要作用。但我国河流中都或多或少混杂着泥沙颗粒等杂质,在这种条件下运行的离心泵,其内部流动属于复杂的多相流动,泵内过流部件通常都存在磨损问题。含沙水中的固体沙粒在影响水力机械磨损的同时也影响着空化的发生、演化与溃灭。目前,对于含沙水条件下离心泵的磨损问题和空化问题的研究,主要以实验为主,虽然进行了一些探索,但尚未掌握其机理。因此,有必要对含沙水条件下离心泵内部磨损特性及空化性能进行研究,为今后在含沙水下运行的离心泵的设计和使用提供了重要依据。本文以一台比转速为196的单级单吸离心泵作为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,基于离散相模型和Finnie塑性冲蚀磨损模型,研究了含沙水条件下离心泵的磨损特性;分别在清水介质和含沙水介质条件下,基于混合模型和Schnerr-Sauer空化模型,研究了离心泵内部空化性能,并得出以下结论:(1)在清水介质和含沙水介质条件下,泵外特性曲线的变化趋势大体一致,且在含沙水条件下的扬程和效率均比清水介质下的值要低。(2)在同一流量工况下,含沙水条件下叶轮的进口压力低于在清水介质下的压力值,但在含沙水条件下叶轮的出口压力比在清水介质下的出口压力高。在同一介质条件下,叶轮的出口压力随流量的增大而逐渐降低。(3)当沙粒粒径一定时,随着沙粒体积分数的增加,离心泵内各过流部件的磨损率都逐渐增大,主要磨损部位集中在叶片的进口边、叶片的背面、叶片工作面出口以及蜗壳隔舌断面附近区域。其中叶片进口边为泵内磨损最为严重的区域,其次依次为叶片背面、蜗壳壁面、叶片工作面和叶轮后盖板;随着沙粒体积分数的增加,沙粒的运动轨迹逐渐趋于紊乱,尤其在靠近叶片出口和蜗壳隔舌断面附近;随着沙粒体积分数的增加,离心泵的扬程和效率不断降低。(4)当沙粒体积分数一定时,随着沙粒粒径的增大,离心泵内各过流部件的磨损率都逐渐增大。叶片工作面为泵内磨损最为严重的区域,其次依次为叶片进口边、后盖板、蜗壳壁面和叶片背面;随着沙粒粒径的增大,沙粒逐渐偏向叶片工作面运动,在蜗壳的螺旋段内沙粒运动轨迹的旋转半径逐渐增大;随着沙粒粒径的增大,泵的扬程和效率都逐渐降低。(5)含沙水条件下离心泵的临界空化余量比清水介质下的相应值要高。同一进口压力下,在含沙水条件下流道内汽泡体积比在清水介质下的汽泡体积大,空化也更加严重,说明了固体沙粒的存在降低了离心泵的空化性能。(6)在两种不同介质条件下,叶轮流道内汽泡体积分布情况大体一致。汽泡首先出现在叶片背面进口位置附近,当进口压力逐渐降低时,空化发展程度逐渐加剧,附着在叶片背面上的汽泡沿着流动方向扩散,当空化发展到一定程度后,汽泡区域逐渐扩散至叶片工作面。(7)在粒径相同沙粒体积分数不同的条件下,随着沙粒体积分数的增加,叶轮内产生的汽泡体积分数越大,泵的临界空化余量NPSHc也就越大,空化越严重。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 71 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/92661]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑英杰. 含沙水条件下离心泵的磨损特性及空化性能研究[D]. 2017. |
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