碱液循环泵广泛应用于氯碱蒸发采盐等重要工业流程,主要用于输送氨盐水、热碱液、熔融碱和滤液等固液两相介质。结晶固体颗粒冲刷、强腐蚀的工作环境对碱液循环泵的性能和可靠性提出了相当苛刻的要求。伴随着氯碱工业绿色发展理念的贯彻,要求碱液循环泵更加节能高效。因此,本文将重点研究流量工况和颗粒物性参数对碱液循环泵内部流动的影响以及颗粒浓度对叶片力学性能的作用规律。本文在江苏省重点研发计划重点项目“高效化工流程碱液循环泵关键技术开发与应用(BE2015001-4)”资助下完成,对一台离心式碱液循环泵进行了数值计算研究。本文主要工作及成果如下:(1)基于数值计算研究了不同流量工况下叶轮和蜗壳内压力、速度和熵产分布,并对数值计算结果进行了实验验证。结果表明,设计流量下扬程与实验误差为4.69%,效率误差为1.07%。在靠近压力面中部区域始终存在低速区,面积与流量呈负相关。叶片表面湍流造成的能量耗散远大于黏度引发的耗散,且两种耗散集中分布于叶片进口轮缘处和叶片出口附近;随着流量增大,能量损耗较高的区域面积变大,在叶片表面呈现扩散分布趋势。蜗壳流道内涡流由近似对涡经过破碎、汇聚形成单涡,涡核偏移至壁面附近,影响的区域面积变大。(2)基于全因子试验与两相流双欧拉法计算,探究了不同物性参数与泵性能、颗粒流动规律之间的关系。结果表明,经过权重分析建立的颗粒物性参数与性能之间的回归方程在局部空间内预测精度达到99%。固相在叶片进口与吸力面中后部易出现速度陡降,吸力面受脱流影响,出口速度紊乱。颗粒直径与颗粒密度对流场的作用相似,任一参数增大,颗粒不断向叶片压力面和后盖板交界处迁移。颗粒浓度的增加导致叶轮出口颗粒尾迹带变宽,固液两相分离明显。流量变化对于颗粒堆积位置影响较小,对堆积程度影响较大。(3)研究了流量工况、颗粒质量(直径、密度)、颗粒浓度对叶轮和蜗壳内压力脉动及叶轮径向力演变规律的影响。结果表明,随着流量增大,脉动峰值及主频幅值均先减小后增大;两相流条件下最小脉动峰值所在的流量比单相流大。叶轮蜗壳处脉动主频幅值与浓度正相关,但随着颗粒质量变大,蜗壳处脉动峰值及主频幅值先减小后增大,主频为一倍叶频。单相流条件下叶轮径向力脉动峰值在1.2Q最小,而两相流条件下径向力在1.4Q处最小;颗粒质量的增加使得叶轮径向力脉动峰值先减小后增加,而浓度的增加使得径向力脉动峰值不断递增。(4)基于双向流固耦合研究了碱液循环泵单相及两相流耦合流场变化规律,分析了颗粒浓度对叶片应力变形作用。结果表明,考虑了转子结构域的耦合,压力、轴向力和扬程的波形及相位在耦合前后差距较小,但幅值均有小幅增加,两相流条件下更为明显。不同颗粒浓度下叶轮等效应力及变形总体与单相流分布相似,最大等效应力发生在叶片出口与盖板焊接区域,轮毂处最小;随着颗粒浓度的增加,叶轮最大等效应力不断减小,变形量不断增加。叶片根部各交线变形量从进口到出口不断增加,且与颗粒浓度正相关;叶片进出口靠近后盖板处等效应力激增,变形量衰减加快;受颗粒浓度增加影响,叶片根部动应力低频信号变得杂乱,主频幅值变大。