自吸泵气液两相流数值模拟分析
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言在许多工业应用中，如石油、天然气和化学工业中，气液两相流是非常常见的流动状态。
对水平管内气液两相流的流型进行深入的研究对于提升设备的效率和可靠性具有重要意义。
本论文通过数值模拟和实验研究的方法，探讨了水平管内气液两相流的流型特征及其变化规律。
二、文献综述在过去的几十年里，许多学者对气液两相流进行了广泛的研究。
这些研究主要关注流型的分类、流型转换的机理以及流型对流动特性的影响等方面。
随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟已成为研究气液两相流的重要手段。
同时，实验研究也是验证数值模拟结果和深化理解流动机理的重要途径。
三、数值模拟1. 模型建立本部分首先建立了水平管内气液两相流的物理模型和数学模型。
物理模型包括管道的几何尺寸、流体性质等因素。
数学模型则基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律，并考虑了气液两相的相互作用。
2. 数值方法采用计算流体动力学（CFD）方法对模型进行求解。
通过设置适当的边界条件和初始条件，得到气液两相流的流动状态。
此外，还采用了多相流模型和湍流模型等，以更准确地描述气液两相的流动特性。
3. 结果分析通过数值模拟，得到了水平管内气液两相流的流型图、流速分布、压力分布等结果。
分析这些结果，可以深入了解流型的转变过程和流动特性。
四、实验研究1. 实验装置设计了一套用于气液两相流实验的装置，包括水平管道、气体供应系统、液体供应系统、测量系统等。
通过调节气体和液体的流量，可以模拟不同工况下的气液两相流。
2. 实验方法在实验过程中，通过观察和记录流动现象，获取了流型、流速、压力等数据。
同时，还采用了高速摄像等技术，对流动过程进行可视化分析。
3. 结果分析将实验结果与数值模拟结果进行对比，验证了数值模拟的准确性。
同时，还分析了不同因素（如管道直径、流体性质等）对气液两相流流型的影响。
五、结论与展望通过数值模拟和实验研究，得到了以下结论：1. 水平管内气液两相流的流型受多种因素影响，包括管道直径、流体性质、流速等。
y型微通道气液两相流的数值模拟简
y型微通道气液两相流的数值模拟简
微通道中的气液两相流是一种复杂的流动现象，其数值模拟可以通过多相流模型来求解。
下面是一种简单的数值模拟方法：
1. 网格划分：根据微通道的几何形状，将计算域划分为若干个小单元，形成网格。
可以使用结构化网格或非结构化网格，根据实际情况选择合适的网格类型。
2. 方程建立：建立气液两相流动的守恒方程，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。
对于气液两相流动，需要考虑两相间的相互作用，使用数学模型描述气液两相的物理过程。
3. 物理模型：选择合适的两相流模型。
常见的两相流模型包括欧拉模型、VOF模型、多流体模型等。
根据实际情况选择适应的模型。
4. 边界条件：根据实际情况设置合适的边界条件，包括压力、速度和温度等。
边界条件的选择对模拟结果有较大影响，需要根据实际情况进行合理设定。
5. 数值求解：使用数值方法对守恒方程进行离散化，得到离散方程。
常用的数值方法有有限差分法、有限体积法和有限元法等。
通过迭代求解离散方程，得到气液两相流场的数值解。
6. 边界处理：处理流场的边界，使得计算结果满足物理约束条件。
边界处理包括边界设置、边界条件的施加和边界修正等。
7. 结果分析：对计算结果进行分析与评估，包括流速分布、温度分布、压力分布等。
根据模拟结果对气液两相流动进行分析，并与实验数据进行对比。
以上是一种简单的数值模拟方法，当涉及到更复杂的问题时，可能需要使用更高级的模型和方法来进行数值模拟。
此外，数值模拟的准确性还受到边界条件和网格划分的影响，需要进行适当的验证和调整。
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
在许多工业过程中，如石油开采、管道输送、冷却系统等，都需要对气液两相流进行深入的研究。
气液两相流的流型对管道的输送效率、安全性能以及系统设计都有重要的影响。
因此，本文对水平管内气液两相流的流型进行了数值模拟与实验研究，以期为相关领域的实际应用提供理论依据和参考。
二、流型分类与数值模拟方法水平管内气液两相流的流型主要分为泡状流、弹状流、泡状-弹状混合流、环状流等。
这些流型具有不同的流动特性和相互转换的规律。
为了更好地研究这些流型的特性，本文采用了数值模拟的方法。
数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立数学模型，对不同流型下的气液两相流进行模拟。
在模拟过程中，考虑了流体物性、管道尺寸、流动速度等因素对流型的影响。
同时，采用适当的湍流模型和两相流模型，对气液两相的相互作用和流动特性进行描述。
三、实验研究方法与结果分析为了验证数值模拟结果的准确性，本文还进行了实验研究。
实验采用水平管道装置，通过改变气液流量、管道尺寸等参数，观察并记录不同流型下的流动特性。
实验结果表明，随着气液流量的增加，流型逐渐由泡状流向环状流转变。
在泡状流中，气泡分散在连续的液相中；在弹状流中，较大的气泡或气团交替出现在连续的液相中；而在环状流中，气体核心包裹着液体在管道中流动。
这些流型的转换规律与数值模拟结果基本一致。
此外，实验还发现，管道尺寸对流型也有显著影响。
当管道直径增大时，更易形成环状流；而当管道直径较小时，更易形成泡状或弹状流。
这为实际工程应用中管道设计和优化提供了重要的参考依据。
四、数值模拟与实验结果对比分析将数值模拟结果与实验结果进行对比分析，可以发现两者在流型转换规律和流动特性方面具有较好的一致性。
这表明本文采用的数值模拟方法具有较高的准确性和可靠性，可以为实际工程应用提供有效的预测和指导。
气液两相流数值模拟方法的研究与应用
气液两相流数值模拟方法的研究与应用气液两相流是指同时存在气体和液体的复杂流动现象，广泛存在于自然界和工业生产中，如瀑布、波浪、化工反应器、石油开采等。
气液两相流的研究对于理解和控制这些现象、提高生产效率和安全性具有重要意义。
数值模拟是研究气液两相流的有效方法。
相比于实验方法，数值模拟的优势在于能够获得更多的细节信息和精确数据，同时也可以极大地降低成本并避免实验过程中的危险性和不确定性。
本文将介绍气液两相流数值模拟的方法，及其应用领域和未来挑战。
一、数值模拟方法1. 传统方法传统方法通常采用两相流模型，基于欧拉方程求解。
由于气液两相流的复杂性，这种方法常常涉及到多个物理场的耦合和相互作用，如热传递、质量传递、化学反应、多相流动力学等。
因此，该方法具有计算量大、计算时间长、计算结果不精确等缺点。
2. 基于LBM的方法LBM（lattice boltzmann method）是一种介观尺度（宏观与微观之间的中间尺度）数值模拟方法，可以直接模拟流体内部微观运动方式，适用于模拟多相流动现象。
这种方法是根据Boltzmann方程建立的，通过碰撞模型模拟流体分子的运动，以此获得整个流场在不同时间的状态。
该方法具有计算速度快、模拟精度高、易于建模及可扩展性等优点。
3. 基于CFD的方法CFD（computational fluid dynamics）是指应用计算机数值方法对流体流动进行模拟和分析的工程技术。
CFD方法通过建立流动场的数学模型并采用数值求解方法进行计算，从而得到流场的物理或数学解。
这种方法在气液两相流领域中也得到了广泛应用。
4. 其他方法此外，还有一些其他的数值模拟方法，例如基于粒子方法的SPH（smoothed particle hydrodynamics）和DEM（discrete element method）等。
这些方法基于不同的假设和算法，都有各自的优缺点，在不同的气液两相流应用场景中发挥着重要的作用。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，气水两相喷雾技术广泛应用于农业、工业、能源等多个领域。
拉瓦尔效应作为气水两相喷雾的重要物理现象，其研究对于提高喷雾效率、优化喷雾系统具有重要意义。
本文基于拉瓦尔效应，对气水两相喷雾进行数值模拟研究，以期为相关领域提供理论支持和实践指导。
二、拉瓦尔效应概述拉瓦尔效应是指当气流在喷管中加速时，由于气体和液体之间的相互作用，形成一种特殊的流动状态。
在这种状态下，气体和液体的混合物能够以更高的速度喷出，从而提高喷雾的效率和均匀性。
了解拉瓦尔效应的原理和特点，对于气水两相喷雾的数值模拟具有重要意义。
三、数值模拟方法本研究采用计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。
CFD是一种通过计算机模拟流体流动、传热、反应等物理现象的技术。
在气水两相喷雾的数值模拟中，我们采用欧拉-拉格朗日方法，将气体和液体分别作为连续介质和离散颗粒进行处理。
同时，结合拉瓦尔效应的原理，建立相应的数学模型和仿真程序。
四、模型建立与参数设置在数值模拟中，我们首先建立气水两相喷雾的物理模型。
根据实际喷雾系统的结构和工作原理，设置相应的边界条件和初始参数。
其中，重点考虑喷嘴结构、气体流速、液体流量等关键因素对喷雾效果的影响。
同时，为更准确地模拟拉瓦尔效应，我们采用合适的湍流模型和相互作用模型，以描述气体和液体之间的相互作用和影响。
五、结果与分析通过数值模拟，我们得到了气水两相喷雾的流场分布、速度场、压力场等关键参数。
结果表明，在拉瓦尔效应的作用下，气体和液体的混合物能够以更高的速度喷出，提高了喷雾的效率和均匀性。
同时，我们还发现喷嘴结构、气体流速、液体流量等参数对喷雾效果具有显著影响。
通过优化这些参数，可以进一步提高喷雾的质量和效率。
六、讨论与展望本研究基于拉瓦尔效应对气水两相喷雾进行了数值模拟研究，取得了一定的成果。
然而，仍存在一些问题和挑战需要进一步研究和解决。
例如，如何更准确地描述气体和液体之间的相互作用和影响，如何优化喷嘴结构和参数以提高喷雾效果等。
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
流型的研究对于了解气液两相流的传输特性，预测设备运行状况以及优化过程控制具有重要的实际意义。
本文针对水平管内气液两相流流型进行数值模拟与实验研究，为实际工业应用提供理论支持。
二、文献综述气液两相流的研究历史悠久，学者们通过实验和理论分析，对各种流型进行了深入的研究。
在水平管内，气液两相流的流型主要包括泡状流、弹状流、环状流等。
这些流型的特性对管道的传输效率、压力损失以及设备运行稳定性具有重要影响。
近年来，随着计算流体动力学（CFD）技术的发展，数值模拟在气液两相流研究中的应用越来越广泛。
三、研究内容（一）数值模拟本文采用CFD技术对水平管内气液两相流的流型进行数值模拟。
首先建立物理模型和数学模型，确定求解方法和边界条件。
然后，通过数值计算得到不同流型下的速度场、压力场等物理量分布。
最后，对模拟结果进行验证和分析，为实验研究提供理论支持。
（二）实验研究实验研究是本文的重点部分，主要包括实验装置、实验方法、数据处理和结果分析。
实验装置包括水平管、气源、液源、测量仪器等。
实验方法采用可视化观察和物理量测量相结合的方式，对不同流型下的气液两相流进行观测和记录。
数据处理主要包括数据采集、整理、分析和图表制作等步骤。
最后，对实验结果进行分析和讨论，为数值模拟提供验证依据。
四、结果与讨论（一）数值模拟结果数值模拟结果表明，水平管内气液两相流的流型与气流速度、液流速度、管道直径等参数密切相关。
在不同参数下，流型表现出不同的特性，如泡状流的分散性、弹状流的周期性以及环状流的连续性等。
这些结果为后续的实验研究提供了理论支持。
（二）实验研究结果实验研究结果表明，不同流型下的气液两相流具有不同的传输特性和传输效率。
例如，在泡状流中，气泡的分散性较好，有利于提高传输效率；而在环状流中，液膜的连续性较好，有利于降低管道的摩擦阻力。
气液两相流数值模拟及应用
气液两相流数值模拟及应用气液两相流是指在某些现象或工艺中，气体和液体同时存在，相互作用，形成的复杂流动状态。
气液两相流在自然界和工业生产中都有广泛的应用，如气液动力学、船舶工程、石油化工、水力学、管道输送等。
数值模拟技术是研究气液两相流的有效方法之一，可通过数学模型描述气液两相流的运动规律，预测流体在各种复杂工况下的运动状态，为各个领域的工程问题提供了重要的参考和解决方法。
一、气液两相流的特点气液两相流的特点是复杂性和多变性。
气液两相流的物性参数（如密度、粘度等）随着相体积分数的变化而变化，在不同的压力、温度和流速下具有不同的特性，且颗粒大小和形状不同，流动形态和动态行为也各异。
正因为如此，对气液两相流的数值模拟需要考虑诸多的参数和影响因素，同时需要选择合适的数值模型、计算方法和数值算法。
二、数值模拟的方法数值模拟方法包括欧拉方法和拉格朗日方法。
欧拉方法适合于模拟流体的宏观运动，它将流场用网格剖分成小单元，并在每个单元上建立流体的宏观性质方程，求解这些方程，得到流场的解析结果。
欧拉方法适合于模拟气体简单的流动情况，但对于气液两相流就显得有些困难，因为在气液两相流中液滴和气泡的运动轨迹是不确定的，欧拉方法不能很好地描述它们碰撞和合并的过程，因此需要采用拉格朗日方法。
拉格朗日方法则选择一类代表性粒子（或液滴、气泡）的轨迹，并得到这些粒子的位置、速度和加速度等参数，再利用统计学方法推导出流场的宏观性质。
它的主要问题是计算代价较大，在大规模气液两相流模拟中会遇到实际的难点和困难。
三、应用实例气液两相流的应用实例主要集中在以下几个方面：1. 混合气气动特性的研究在飞行器、火箭等领域中，气液两相流的复杂性和多变性表现为物体的气动特性的变化，主要是由于流体的惯性和相互作用之间的复杂关系。
2. 溢流油井泄漏在石油生产过程中，由于机械故障或人为操作不当等原因，可能导致油井中的压力失控，引起油气、水等溢出，形成泄漏。
《2024年基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》范文
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言喷雾技术是众多工程领域中的关键技术之一，尤其在燃烧、冷却、喷涂等过程中发挥着重要作用。
近年来，气水两相喷雾技术因其独特的物理特性和广泛的应用前景，受到了广泛关注。
本文以拉瓦尔效应为基础，对气水两相喷雾进行数值模拟研究，旨在深入了解其工作原理和性能特点。
二、拉瓦尔效应及其在气水两相喷雾中的应用拉瓦尔效应是指当流体在拉瓦尔喷管中流动时，通过适当的设计和调整，可以使流体在亚音速和超音速之间转换，从而实现高效的能量转换和传输。
在气水两相喷雾中，拉瓦尔效应的应用主要体现在喷嘴的设计和优化上。
通过合理的设计喷嘴结构，使气体和液体在喷嘴中形成良好的混合和雾化效果，从而提高喷雾的均匀性和稳定性。
三、数值模拟方法及模型建立本文采用计算流体动力学（CFD）方法对气水两相喷雾进行数值模拟。
首先，建立喷雾系统的几何模型和物理模型，包括喷嘴、喷雾环境等。
其次，选择合适的湍流模型、多相流模型和传热传质模型等，对喷雾过程进行数学描述。
最后，利用数值计算软件对模型进行求解，得到喷雾过程中的流场分布、速度场、温度场等关键参数。
四、模拟结果与分析通过对气水两相喷雾的数值模拟，我们得到了喷雾过程中的流场、速度场和温度场等关键参数的分布情况。
首先，在喷嘴附近，气体和液体在拉瓦尔效应的作用下混合并形成高速喷射流。
随着喷射流的扩散和传播，流速逐渐降低，但仍然保持较高的速度。
其次，在喷雾过程中，气体和液体的相互作用导致温度场发生变化，从而影响喷雾的蒸发和扩散过程。
最后，通过对模拟结果的分析，我们可以得出喷嘴结构、喷射压力、环境温度等因素对气水两相喷雾性能的影响规律。
五、结论与展望本文基于拉瓦尔效应对气水两相喷雾进行了数值模拟研究，得到了喷雾过程中的流场、速度场和温度场等关键参数的分布情况。
通过分析模拟结果，我们可以得出以下结论：1. 喷嘴结构对气水两相喷雾的性能具有重要影响。
合理的设计喷嘴结构可以使气体和液体在喷嘴中形成良好的混合和雾化效果，从而提高喷雾的均匀性和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2009年9月农业机械学报第40卷第9期自吸泵气液两相流数值模拟分析3刘建瑞 苏起钦(江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013) 【摘要】 采用Mixture 多相流模型、Realizable 湍流模型与SIMPL EC 算法,应用CFD 软件Fluent 对内混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行了数值模拟。
通过分析不同含气率条件下流场的压力分布、速度分布、气相分布,探讨了气液两相介质在泵内的运动情况,一定程度上揭示了内混式自吸泵自吸过程的内部流场变化规律,为自吸泵的设计提供更多的参考依据。
关键词:自吸泵 气液两相流 数值模拟 自吸性能中图分类号:TH317文献标识码:ANumerical Simulation on G as 2liquid Two 2phase Flow in Self 2priming PumpLiu Jianrui Su Qiqin(Technology and Research Center of Fluid M achinery Engineering ,Jiangsu U niversity ,Zhenjiang 212013,China )Abstract32D simulation was performed for the gas 2liquid two 2phase turbulent flow in self 2priming pump by using Fluent software with Mixture model ,SIMPL EC algorithm and Realizable turbulence model.The gas 2liquid two 2phase flow in self 2priming pump was investigated in the pressure in the pump ,the velocity in the pump ,the distribution of gas and liquid phase in the pump.To some extent ,the results reveal the self 2suction process of the two 2phase flow in self 2priming pump ,and provide references for self 2priming pump design.K ey w ords Self 2priming pump ,G as 2liquid two 2phase flow ,Numerical simulation ,Self 2primingcapability收稿日期:2008210229 修回日期:20092022193国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2006AA100211)和江苏省科技支撑计划项目(BE2008381)作者简介:刘建瑞,教授,博士生导师,主要从事流体机械及工程研究,E 2mail :ljrwjj @ 引言自吸离心泵自20世纪60年代开始研究以来发展迅速,产品已成系列。
然而目前自吸泵的理论还不完善。
以往对自吸性能的研究大多采用实验方法,但由于自吸泵自吸过程是气液两相流输送过程,其内部流场较为复杂,而且影响自吸泵自吸性能的因素较多。
采用实验方法势必要耗费大量的人力、物力,而且也难以为自吸泵的设计提供准确而充分的理论依据,因此需要对自吸泵自吸过程的内部流场进行深入研究[1]。
近年来,随着计算流体力学和相应计算软件的发展,对自吸泵的三维数值模拟已成为可能[2]。
本文借助Fluent6.2软件平台提供的Mixture 多相流模型对内混式自吸泵自吸过程的内部流场进行三维数值模拟。
分析泵进口不同含气率条件下的模拟结果,初步揭示内混式自吸泵自吸过程中气液两相流速度场分布、压力场分布、含气率分布规律,以期为自吸泵的优化设计提供更充分的理论依据。
1 数学模型的建立数值模拟所选内混式自吸泵的结构,如图1所示。
111 基本假设(1)假定整个流场相对运动定常,绝对运动有势,且液相为不可压缩流体、气相为不可压缩理想气体。
(2)流场中气泡的直径较小,可以忽略气泡对流图1 自吸泵结构图Fig.1 Sketch of self 2priming pump1.叶轮2.蜗室3.出水管4.排气阀5.S 型进水管6.射流喷嘴7.回流阀场的影响,气泡在运动过程中保持球形,而且气泡间不发生破碎,也不发生聚合作用。
(3)气液两相相间无热量交换发生,系统内无化学反应发生,保持恒温。
(4)内混式自吸泵自吸过程中叶轮进口处的气相在液相中均匀分布且叶轮进口处气液两相具有相同的运动速度[3～4]。
112 Mixture 模型Mixture 模型可用于模拟各相不同速度的两相流或多相流。
混合物模型求解的是混合物的动量方程,并通过相对速度来描述离散相。
混合物模型的连续性方程为55t (ρm)+・(ρm v m )=0(1)混合物的动量方程可以通过对所有相各自的动量方程求和来获得,可表示为55t (ρm v m)+・(ρm v m v m )=-p +・[μm (v m +v Tm )]+ρm g m +F +・∑nk =1αkρk vdr ,k v dr ,k (2)式中 ρm ———混合密度,kg/m 3v m ———质量平均速度,m/sμm ———混合粘性系数,Pa ・sF ———体积力,N n ———相数αk ———第k 相的体积分数ρk ———第k 相的密度,kg/m 3v dr ,k ———第k 相的飘移速度,m/s定义滑移速度v qp 为第二相(p )相对于主相(q )的速度v qp =v p -v q(3)则飘移速度和滑移速度的关系为v dr ,p=v qp -∑nk =1αk ρkρm v qk(4)由第二相(p )的连续性方程,可得第二相的体积分数方程为[5～6]55t (αp ρp)+・(αp ρp v m )=-・(αp ρp v dr ,p )(5)2 数值计算方法对内混式自吸泵自吸过程中叶轮及蜗壳的内部流场进行数值模拟。
考虑到内混式自吸泵自吸过程中进口气液比例连续变化且进口气液比例变化函数难以确定,因此在研究中采用对进口不同含气率条件下分别进行数值模拟的方法来分析内混式自吸泵的自吸过程。
两相流计算的基本参数为:叶轮进口处气体的容积含气率:α=0105,011,…,015;转速n =2900r/min 。
进口混合物体积流量Q mixture =25m 3/s 。
图2 泵内四面体网格的生成Fig.2 Tetrahedron gridgeneration in the pump计算区域网格的生成及边界条件处理:使用Pro/E 软件绘制自吸泵的叶轮与蜗壳的三维造型,保存副本为step 格式文件,再将其导入G ambit 软件进行网格划分。
得到如图2所示的非结构网格,其中叶轮内有159837个网格单元,蜗壳部分有229818个网格单元[7]。
模拟中离散方程的求解采用了SIMPL EC 的算法。
具体计算时将叶轮中的流体区域设在运动坐标系,蜗壳区域设在固定坐标系。
此外,边界条件的设定对计算结果的影响至关重要,本文边界条件设定如下:(1)进口边界条件:采用稳态均匀的进口条件。
按各相体积率输入,入口湍流取值按水力直径大小及湍流强度给定(5%);气泡直径取012mm 。
(2)出口边界条件:采取给定蜗壳出口压力的设置。
(3)壁面条件:流动边界采用无滑移固壁条件,并使用标准壁面函数法确定固壁附近流动[3～7]。
3 计算结果及分析311 压力分布图3所示为泵内静压分布云图(此处只给出α=0、012、013、014的4个静压图)。
模拟计算结果显示叶轮中静压都是沿进口向出口方向即沿径向方向增加,但不同的气液比例条件下沿流道方向的压力梯度有所不同。
此外蜗壳内沿径向方向静压逐渐变大;在扩散管段静压沿流线方向没有变化,但由于两侧曲率半径不同以及流体的惯性作用而使两侧的静压略微不同[8]。
47农 业 机 械 学 报 2009年图3 泵内静压分布云图Fig.3 Static pressure distribution in the pump(a )α=0 (b )α=012 (c )α=013 (d )α=014图4 泵内相对速度分布云图Fig.4 Relative velocity distribution in the pump(a )α=0 (b )α=012 (c )α=013 (d )α=014312 速度分布图4所示为泵内气液混合物相对速度分布云图(此处只给出了α=0、012、013、014时的图)。
模拟计算结果得到在α较小时气液两相流动情况总体上差别不大,说明流动过程中,气液两相因为相间作用耦合,互相影响和带动,这有利于气液两相的输送即有利于自吸泵的自吸。
但在α较大时相对速度分布与α=0时相比有很大变化:在液相中不含气相时叶轮内吸力面区域的相对速度比压力面的大,而图4显示吸力面的相对速度随着α的增大而增大,同时压力面的相对速度则不断减小,尤其在α=013、014的2个图可明显看出叶片压力面区域的相对速度反而要比吸力面的大。
造成这种变化的原因将在下文的含气率分布中作出解释。
图5 泵内气相分布云图Fig.5 G as phase distribution in the pump(a )α=0105 (b )α=011 (c )α=0115 (d )α=012(e )α=0125 (f )α=013 (g )α=014 (h )α=015313 气相分布图5所示为α=0105、011、0115、012、0125、013、014、015时泵内的气相分布云图。
由图5各个图可明显看出叶轮内吸力面区域的含气率比压力面区域的含气率大。
随着α的增大,叶轮吸力面区域的含气率越来越高且高含气率区域不断扩大;尤其57第9期 刘建瑞等:自吸泵气液两相流数值模拟分析当α>014时高含气率区域几乎占据了整个流道。
这是由于自吸泵自吸过程中随着含气率的增大液相流量逐渐减小(自吸泵的设计流量是按完成自吸后正常工作的流量来设计的),因此液相在较大的离心力和惯性力的作用下在刚进叶轮进口后就偏离正常的流线轨迹而作偏向叶片压力面的运动;这就造成气相在刚进叶轮进口后就受液相排挤作用而被迫偏离正常的流线轨迹,与液相相反作偏向叶片吸力面的运动。
蜗壳内静压沿径向方向增大且液相在惯性力作用下大量集中在靠近蜗壳壁面区域,因此在蜗壳内含气率沿径向方向逐渐减小,且在α≥0115的各个图中还可明显看出气相大量聚集在叶轮出口吸力面延伸区域。