在开发深层地热能资源的过程中,作为主要液体提升装置的两级潜水电泵会因为输送的液体中含有大小不同、形状各异的砂石,对两级泵产生较为严重的磨损。本文基于CFD-DEM耦合方法,对其数值模型、计算方法和模型设置等进行验证分析,基于该模型对比分析不同形状和体积分数下颗粒在两级混流泵内部的运动规律。本文通过归纳总结得到颗粒的流动特性,与叶轮和导叶较易发生碰撞的区域和形式,为设计用于输送粗颗粒两相流的耐磨损潜水电泵提供一定的理论支撑。本文主要的研究工作和创新成果如下:(1)归纳得到地热能开发目前面临的严峻考验和地热泵运行过程中面临的问题。此外,通过分析国内外专家学者对泵内固液两相流运动的理论成果,针对目前研究泵内输运粗颗粒及其对泵水力部件磨损研究较少的现状,采用CFD-DEM耦合方法精细模拟泵内粗颗粒的运动规律和对水力部件的作用力情况。(2)针对考察环境下颗粒的形状不规则且粒径较大的特点,选取欧拉—拉格朗日法来计算固液两相流运动,在颗粒运动计算中考虑了重力、浮力、曳力、马格努斯力、萨夫曼升力、颗粒之间的碰撞和颗粒自旋产生的影响。(3)基于气固两相流可视化实验结果、离心泵内部固体颗粒可视化实验结果和弯管处的磨损量实验结果,模拟并验证采用CFD-DEM方法的可行性,此方法计算泵内颗粒运动的准确性和泵内磨损的准确性,通过与实验结果对比,得出合理的动域计算模型、模拟时间步长等模型设置参数,建立出一种适当的可应用于泵内固液两相流模拟的方法。(4)以构建的不同形状的颗粒模型作为研究对象,研究其在不同流量和颗粒体积分数工况下的运动规律。此外,通过对比分析不同球形度颗粒对泵内水力部件表面受力的区别,得到两级混流泵中受力大小与分布规律并分析其产生的主要原因。(5)通过研究球形颗粒对两级泵首级水力部件的磨损现象,分析其主要的磨损位置,并对水力部件上的磨损位置与其受力的关系进行总结,提出将减小水力部件上的累积受力作为优化目标来改善泵内的磨损。本文应用CFD-DEM方法对两级混流泵内部的固液两相流流动与磨损特性进行研究,为研发高效耐磨两级混流泵提供一定的参考和指导。