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旋流泵是一种工作原理及设计方法都很特殊的无堵塞泵,由于其过流能力强且运行稳定,在造纸、化纤、食品与水产、环保、矿山、建材等工业领域和农村挖塘、抽送牲畜废物等方面得到了广泛应用,而且其应用范围还在逐步扩大。旋流泵一般输送的是液固两相流体,国内外学者对其外特性能及内部流动等进行了大量的理论和实验研究,取得了一定的成果,但是对旋流泵内部液固两相流动规律的认识还不够充分,特别对于颗粒存在对旋流泵性能影响的机制尚未完全揭示。所以针对旋流泵内部液固两相流场以及颗粒存在对旋流泵性能的影响进行研究,具有一定的学术价值和工程应用价值。
本文在总结了前人研究成果的基础上,以自行设计的旋流泵为研究对象,围绕泵内液固两相流场、颗粒的分布规律以及颗粒存在对泵性能的影响等问题进行了研究,主要工作及取得的成果如下:
1.概述了前人关于旋流泵的研究成果和研究方法,探讨了旋流泵的能量特性,采用三要素法设计了一台旋流泵,并对旋流泵过流部件进行了三维造型和网格划分;
2.基于Eulerian多相流模型和k-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟,研究了泵内液固两相流场、颗粒分布特性等,获得了颗粒在旋流泵内的分布特性及对泵性能影响的规律,计算发现,固体颗粒大部分不经过叶轮直接经无叶腔流出,通常情况下,颗粒存在会引起泵效率的降低;
3.对自行设计的旋流泵输送清水和液固两相流体时的外特性进行了实验研究,探索了不同粒径、颗粒体积浓度时的颗粒对旋流泵外特性影响的规律;
4.采用PIV对旋流泵输送清水和液固两相流体时内部的流场进行了测量,探讨了颗粒存在对旋流泵内部流场的影响,并结合外特性分析了颗粒存在导致外特性变化可能的内在机理,认为可能与旋流泵内循环流的变化情况有关。