矿粒粒径对深海采矿扬矿泵磨损特性的影响

为研究矿粒粒径对深海采矿扬矿泵过流部件磨损特性的影响,采用DPM模型模拟泵内固液两相流动,并以基于流体动力学的Oka磨损模型仿真颗粒对过流部件的磨损,分析扬矿泵在不同矿粒粒径下的磨损规律.研究结果表明:随着矿粒粒径的增大,首级叶轮及次级叶轮的前后盖板磨损量分布逐渐均匀,前盖板磨损量的集中区域从出口压力面向叶轮中部及进口吸力面转移,后盖板磨损量集中分布区域从进口吸力面一侧向出口压力面一侧转移,叶片进口和出口的磨损面积均逐渐增大;首级空间导叶及次级空间导叶的叶片背面进口磨损面积逐渐增大,在轮毂出口处磨损区域向外逐渐偏移,且该位置磨损面积逐渐减小;当矿粒粒径从1.0 mm增大到5.0 mm时,首级叶轮和次级叶轮的前盖板最大磨损量分别上升132.9%和104.2%,首级叶轮和次级叶轮的叶片最大磨损量分别上升172.3%和142.5%,首级叶轮和次级叶轮的后盖板最大磨损量分别上升251.4%和102.3%,首级导叶和次级导叶的最大磨损量分别下降87.08%和74.26%.     

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、0.75mm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。     

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.     

深海采矿斜流泵颗粒运动与叶片磨损

针对某型深海采矿提升斜流泵,采用k-ε湍流模型和Particle Transport Solid粒子输运模型进行了固液两相流数值模拟,对比分析了不同颗粒浓度(2%~12%)和不同颗粒粒径下(1~30 mm)的颗粒运动规律和叶片磨损情况.结果表明,随着颗粒浓度的增大,叶轮进口区域的颗粒聚集程度上升,导叶流道内的颗粒聚集程度加剧;叶轮叶片的磨损面积和导叶叶片的磨损面积逐渐增大.其中,叶轮叶片的主要磨损位置在叶片前缘,导叶叶片的主要磨损位置在叶片转向处和叶片尾缘.叶片的磨损位置都呈现从叶顶向叶根逐渐发展的趋势;导叶叶片的磨损面积比大于叶轮叶片的磨损面积比;随着颗粒粒径的增大,叶轮出口区域的聚集程度减弱,导叶流道内的颗粒聚集减轻;其磨损规律与不同浓度下的工况相一致,叶轮叶片的叶片压力面为主要磨损区域,而且导叶叶片在尾缘的磨损减小.研究结果可为深海采矿斜流泵的优化设计提供理论依据.     

旋流泵固液两相流数值模拟

通过对旋流泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均方程、双方程湍流模型并结合SIMPLEC算法对其内部三维固液两相流场和清水单相流场进行了数值计算,得到了固相不同体积浓度、不同流量下的分布规律,并研究了外特性的变化规律.模拟结果表明:固相在叶片工作面分布较多;在叶轮里离后盖板越远,浓度越高;无叶腔分布浓度大于叶轮分布浓度;固相浓度的增加会引起扬程的减小.     

水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟

为研究水轮机内部泥沙磨损的固液两相流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的代数滑移混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对混流式水轮机全流道进行了三维定常泥沙磨损两相湍流场的数值模拟.利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了小开度工况下水轮机泥沙磨损发生的部位与程度,分析水轮机流道内泥沙磨损的特征规律,其中叶片上泥沙颗粒分布模拟结果与真机转轮实际磨损情况相符,表明该方法可以准确预测水轮机各过流部件的泥沙磨损情况,对揭示泥沙颗粒与水相互作用的固液两相湍流场诱发水轮机振动的影响机理及解决工程实际问题具有重要的意义,而且具有较高的工程应用价值.     

渣浆泵内部流场数值模拟与磨损特性分析

利用工程上普遍采用的k-ε两方程模型和SIMPLE算法,对渣浆泵的内部流场进行了数值模拟。得出了渣浆泵叶轮与蜗壳内的速度分布、固相浓度分布以及漩涡结构等流场信息。比较了颗粒直径为0.5 mm,初始固相浓度为0.05,0.1,0.2,0.3,0.4时,以及初始固相浓度为0.1,颗粒直径为0.076,0.15,0.5,0.75,1 mm时的不同工况下泵内的固相浓度分布;分析了颗粒直径以及初始固相浓度对渣浆泵叶轮和蜗壳磨损的影响。     

海洋矿产资源分布及深海扬矿研究进展

海洋蕴藏着丰富的生物、矿产和动力能源,是巨大的资源宝库.开发海洋资源已经逐渐成为各国新的战略目标.深海采矿扬矿的工作环境恶劣,对设备要求较高,技术难度大,因此亟须开展相关研究.文中首先介绍了海底矿产资源的分类及全球分布,并就中国深海采矿现状进行了总结;然后以大洋锰结核的开发为例,重点对各种提升方式进行了综合分析.扬矿技术是深海采矿系统的重要组成部分,其中管道提升被认为是最有发展前景的方法.管道提升包括水力、气力、管道容器、轻介质和重介质等方法,其中矿浆泵水力提升和气举泵提升技术已进行了深海试验,最具发展前景;最后对多级离心式提升泵的设计方法和研发现状进行了介绍,并对深海采矿趋势进行了展望,提出要立足国情,借鉴国外技术经验,吸收近海石油煤炭提升技术,进行技术攻关的发展思路,进而为商业开采提供技术储备.     

离心泵转轮内流动特性及磨损数值预测

我国黄河沿线取水泵站水泵机组存在严重的泥沙磨损问题。研究对象为一双吸离心泵,采用固液两相流数值模拟预测了泵内粒子运动规律和磨损特性。结果表明：流量对转轮内粒子的运动特性和磨损特性有着显著的影响。在不同流量工况下,转轮内的磨损位置和磨损率明显不同,叶片壁面总磨损率与流量工况成正相关变化,随流量的增加而增加。在小流量工况下,转轮内存在的漩涡和二次流对颗粒的轨迹有较大的影响。漩涡的存在会改变粒子浓度分布,加剧局部的摩擦磨损。研究结果为泵内磨损预测和设计提供理论指导,具有重要的学术意义和工程价值。     

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.     

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.     

高剪切匀浆泵两相流动的数值模拟

为了研究高剪切匀浆泵对物料的剪切混合效果,掌握剪切泵内流场的宏观规律和速度特性,应用三维造型软件Pro/E建立高剪切匀浆泵的水力模型,采用计算流体动力学的数值计算方法,基于Mixture混合模型,扩展的标准k-ε湍流方程及SIMPLEC算法对高剪切匀浆泵进行固液两相流的数值模拟.为了减小网格数量对计算结果的影响,对高剪切匀浆泵进行了网格的无关性检验.对不同流量和转速工况下的高剪切匀浆泵进行了数值模拟及横向比较,分析了流量和转速对剪切泵内流场的影响规律.分析结果表明：物料在经过剪切外腔后混合均匀程度显著提高,说明该剪切泵能对物料起到较好的混合均匀作用;随着流量的增大,固液两相混合均匀化速率变慢;随着转速的增大,两相混合均匀程度及速率变快,但改变转速只对转轮部分有影响,对进口区域的固相体积分数影响不大.     

贯流式水轮机固液两相数值模拟

为了研究不同泥沙直径对贯流式水轮机全流道磨损情况,基于雷诺时均N-S方程,采用欧拉-拉格朗日法并结合多面体网格技术、Realizable k-εTwo-layer湍流模型对贯流式水轮机全流道进行三维非定常固液两相流数值模拟.结果表明:同一泥沙浓度下随着泥沙直径的增大,进水管道上端面磨损较小而下端面磨损较大,当泥沙直径为...     

自吸泵气液两相流数值模拟分

采用Mixture多相流模型、Realizable湍流模型与SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对内混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行了数值模拟.通过分析不同含气率条件下流场的压力分布、速度分布、气相分布,探讨了气液两相介质在泵内的运动情况,一定程度上揭示了内混式自吸泵自吸过程的内部流场变化规律,为自吸泵的设计提供更多的参考依据.     

旋流自吸泵气液两相流数值模拟

采用雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通过商用软件FLUENT,对自吸时旋流自吸泵内气液两相流场作了数值模拟.在对蜗壳流道和叶轮流道进行网格划分时,尺寸扭曲率为0.78.根据模拟结果,将泵内两相流场的静压分布,与单液相时的静压分布作了对比,并比较了叶轮内气相与液相相对速度的分布情况.另外,对含气率的分布情况作了分析.结果表明,自吸时气液两相状态下的静压稍小于单液相状态下的静压;泵内的主要流动是液相通过相间作用夹带气相的流动,液相速度略大于气相速度;靠近泵出口的两个叶道内,有气相的积聚,含气率较高.     

旋流泵菜籽-水两相流浓度特性实验与流场数值模拟

为探索旋流泵固液两相流内部流场及变浓度输送特性,分析了旋流泵固液两相流动基本原理及其特点。在32WB8-12型样机上完成输送清水及菜籽体积分数CV分别为6%、10%的外特性实验,得出泵流量-扬程、流量-轴功率、流量-效率和流量-临界汽蚀余量性能曲线。采用Mixture多相流模型及RNG k-ε湍流模型,对旋流泵在清水最优工况流量qv=9. 31 m~3/h下输送菜籽固液两相流流场进行了数值模拟,求解采用SIMPLE算法,得到3个轴面静压、速度矢量和固粒体积分数分布图。通过对比分析,数值模拟准确性得到了验证。综合分析了泵外特性变化与内部流场之间的定性因果关系,并提出了两相流泵优化设计改进措施。     

浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20 mm,浆体中颗粒体积分数C_V为8%,矿浆泵转速n为1 450 r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.     

管网中泵破坏瞬变流的数值模拟

建立了管网中泵破坏瞬变流的数值模拟，该模型考虑了泵破坏无量纲非线性边界条件，运用特征线法对方程进行了求解。经验证，证明模型是可靠的，可用于工程分析计算。     

旋风除尘器磨损的CFD数值模拟和试验对比

利用CFD软件的数值计算方法分析气固两相流体对旋风除尘器的磨损.运用欧拉法对气流场进行模拟,采用拉格朗日法对颗粒进行跟踪,并通过试验对计算结果进行验证,结果表明:数值模拟旋风除尘器磨损在磨损的分布、磨损速率和实验值都有较好的吻合,说明数值模拟是有效的,能为最终解决除尘器的磨损问题提供有力的条件.