渣漿泵固液兩相三維湍流及沖蝕磨損特性研究.pdf

1、離心式渣漿泵是固液兩相流體輸送的關(guān)鍵性設(shè)備，廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、水利、電力及環(huán)保等行業(yè)。漿體中硬質(zhì)固體顆粒的存在及其對(duì)渣漿泵的強(qiáng)烈沖蝕磨損作用，導(dǎo)致渣漿泵使用中存在效率低及過流零件使用壽命短等突出問題。我國是目前世界上主要的渣漿泵消耗國，但是我國渣漿泵的技術(shù)水平與先進(jìn)國家相比卻存在較大差距，國產(chǎn)高端渣漿泵產(chǎn)品自給率僅為30％左右，與同類國外先進(jìn)產(chǎn)品相比，國產(chǎn)渣漿泵的效率普遍低5％～15％，在同等工作條件下，國外渣漿泵過流件的使用壽命比

2、國內(nèi)產(chǎn)品高出10％～50％。
　　 在渣漿泵的研究手段、設(shè)計(jì)理論與方法上取得突破是提升我國渣漿泵技術(shù)的必要途徑，針對(duì)我國目前渣漿泵技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距和采用清水泵經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法設(shè)計(jì)渣漿泵的局限性，本文基于固液兩相流三維湍流理論，結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析方法，通過對(duì)渣漿泵流場(chǎng)、固相顆粒沖蝕及泵過流零件磨損特性的研究，提出幾種典型過流結(jié)構(gòu)渣漿泵設(shè)計(jì)和基于數(shù)值計(jì)算的性能預(yù)測(cè)方法，以期為我國節(jié)能、低磨耗高性能渣漿泵研制提供依據(jù)，擺脫高

3、端渣漿泵長期依賴進(jìn)口的局面。
　　 論文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 1、基于固液兩相流理論的兩流體模型，推導(dǎo)了離心式渣漿泵的基本方程式，分析了基于固液兩流體模型和離散相模型的離心式渣漿泵固液流動(dòng)控制方程。
　　 2、構(gòu)建了具有復(fù)雜幾何邊界的離心式渣漿泵全流道三維計(jì)算網(wǎng)格模型。采用有限體積法對(duì)渣漿泵流動(dòng)控制方程進(jìn)行離散化，采用SIMPLEC算法進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，建立了渣漿泵全流道固液兩相三維流動(dòng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分

4、析方法。提出了渣漿泵全流道固液兩相三維湍流場(chǎng)求解的欠松弛技術(shù)、步進(jìn)求解方法和轉(zhuǎn)速控制求解法。為渣漿泵的數(shù)值模擬和其他固液兩相流體機(jī)械的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。
　　 3、應(yīng)用渣漿泵計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析方法，對(duì)離心式渣漿泵全流道內(nèi)的固液兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了渣漿泵內(nèi)部固液兩相壓力場(chǎng)的規(guī)律及渣漿泵的揚(yáng)程、效率和汽蝕特性。提出了基于數(shù)值計(jì)算的渣漿泵揚(yáng)程、效率計(jì)算公式及性能預(yù)測(cè)方法。提出了節(jié)能渣漿泵過流零件的設(shè)計(jì)方法及實(shí)用數(shù)據(jù)

5、，創(chuàng)新了渣漿泵葉輪的設(shè)計(jì)手段。
　　 4、綜合運(yùn)用機(jī)械學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論，對(duì)渣漿泵過流件的磨損進(jìn)行分析。采用數(shù)值模擬方法對(duì)渣漿泵內(nèi)部的固相顆粒沖的蝕行為進(jìn)行研究；分析了葉片參數(shù)及漿體性質(zhì)對(duì)固體顆粒沖蝕特性的影響規(guī)律，對(duì)渣漿泵的磨損進(jìn)行了預(yù)測(cè)；形成了低磨耗離心式渣漿泵葉輪設(shè)計(jì)方法及實(shí)用數(shù)據(jù)。
　　 5、研究了渣漿泵過流零件的材料選用以及制造的鑄造工藝、熱處理工藝和機(jī)械加工工藝，研制了實(shí)驗(yàn)用渣