背叶片与副叶轮组合设计对渣浆泵固液两相流的影响研究

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渣浆泵在各行业应用广泛,因其运输介质多为固体颗粒与液体的混合物,渣浆泵工作效率会受到一定程度的影响,其内部复杂的流动也难以预测,并使泵在工作过程种过流部件严重受损,造成更多的能源耗费,大大缩短了渣浆泵的生命周期。因此,本文以40ZJ-33型渣浆泵为研究对象,设计了不同几何参数的背叶片与副叶轮,采用数值模拟方法分析了背叶片与副叶轮组合设计对渣浆泵的外特性、内流场特性、轴向力平衡以及磨损特性等的影响,具体结论如下:(1)对40ZJ-33模型泵中前后背叶片的几何参数(形状、数目、宽度)进行优化设计,并探究了背叶片几何参数改变对渣浆泵定常流动特性的影响,得到了采用径向直背叶片时渣浆泵扬程升高、轴向力减小、前后泵腔内整体压力减小、固相体积分数更低,能够减少泵的磨损,但其效率相较于后弯式背叶片更低、前后泵腔内流线更加紊乱、旋涡更多。采用8枚背叶片的渣浆泵效率更高、轴向力更小、前后泵腔固相体积分数更低,但泵腔内整体压力更大、流线更紊乱。当背叶片宽度由1.0d变化至1.2d时渣浆泵扬程提高、效率下降、轴向力减小、流线更加均匀、泵腔整体压力以及固相体积分数减小。(2)探究背叶片与副叶轮组合设计对渣浆泵定常流动特性的影响时可以得到背叶片形状变化对渣浆泵外特性影响占主导地位,采用后弯式背叶片的渣浆泵效率更高。背叶片与副叶轮叶片均为8枚、形状均为径直时泵轴向力平衡效果最好。副叶轮叶片为后弯时具有更强的密封能力。背叶片为径直、副叶轮叶片为后弯以及数目为12枚时,副叶轮内整体压力最小。副叶轮叶片为径直时其内部固相速度更小。采用径向直背叶片的前后泵腔内固相体积分数更低,可以减轻泵的磨损,但会使腔内流线更紊乱、旋涡更多。(3)非定常模拟计算中8组方案的前泵腔主频压力幅值流道方向不断增大,采用径向直背叶片的前后泵腔主频峰值明显大于后弯式背叶片,而副叶轮腔内压力变化较小。采用径向直背叶片的前后泵腔固相体积分数更低、前泵腔内整体径向力减小,后泵腔内8种方案径向力变化较小。当背叶片与副叶轮叶片形状均为径直时,泵轴向力平衡效果最好。
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