固液两相流泵的研究热点和进展
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。
近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。
液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。
其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。
图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。
由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。
K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。
提升管道系统固液两相流工程应用研究
提升管道系统固液两相流工程应用研究
大洋多金属结核是一种蕴藏量很丰富的深海矿物资源，开采价值很大，对国防工业具有重要的作用。
为了开发这种矿物资源，国内外已经开发出多种采矿系统，矿浆泵水力管道提升采矿系统具有提升能力大、工艺简单、工作可靠、高效率、可实现连续生产和污染小的优点，被认为是最有使用价值的将矿物从海底提升到洋面采矿船上的技术，该提升技术的核心其实就是粗颗粒固液两相流在管道系统中的工程应用。
本文采用理论分析计算和试验研究相结合的方法对粗颗粒在管道系统中的水力特性进行了研究，主要内容包括粗颗粒在两相流动过程中受力分析，并在此基础上，推导出颗粒在竖直固液两相上升管流中运动方程。
建立了垂直管道系统粗颗粒固液两相稳定流模型，提出了管道系统压力损失的计算方法。
理论推导了倾斜管道中固体颗粒的运动方程，并推导了该方程的解析解和倾斜管道的压力损失的计算公式，并用相关试验结果验证斜管压力损失。
通过颗粒滑移速度，推导了管道内就地浓度的计算方程式，提出了浆体位能的计算公式。
针对海洋采矿管道水力提升系统不可避免地处于纵向升沉和横向摆动
的复杂运动状态，而导致管道内固液两相流的运动状态改变，建立了专门的模拟管道作复杂运动的试验系统，分别进行了管道静止、横向摆动和纵向升沉的提升试验，获得了管道系统作复杂运动的情况下，管道压力损失的试验结果。
根据本论文获得的研究结果，对我国5000米中期海上试采管道系统的各参数之间的关系，进行了全面的综合分析与计算并对管路系统的运行参数进行了优化。
水煤浆离心泵内固液两相流场的数值模拟研究的开题报告
水煤浆离心泵内固液两相流场的数值模拟研究的开题报告一、选题的背景和意义水煤浆是一种含有一定浓度煤粉的水溶液，在燃烧过程中可以代替部分固体燃料，从而降低环保和成本压力。
水煤浆离心泵作为水煤浆输送系统的核心部件，在输送过程中扮演着至关重要的角色。
然而，由于水煤浆离心泵中存在固体颗粒，这些颗粒的存在对泵的性能造成了影响，影响包括流量、压力、泵头等方面，使得泵的使用寿命缩短，降低其传输效率以及其可靠性，制约了水煤浆输送技术进一步发展。
因此，开展水煤浆离心泵内固液两相流场的数值模拟研究，对于提高水煤浆水平传输的效率和可靠性，具有重要意义。
二、研究现状和进展目前针对水煤浆离心泵内固液两相流场的研究主要集中在两个方面：1、数值模拟方法的发展。
数值模拟方法包括基于欧拉数学模型的CFD方法和基于拉格朗日数学模型的DEM方法。
其中CFD方法主要研究流体相的运动规律，难以处理颗粒相的运动规律；DEM方法主要研究颗粒相的运动规律，但忽略了流体相的影响。
因此，目前常常采用耦合CFD-DEM方法对水煤浆离心泵内固液两相流场进行模拟。
2、模拟结果的验证与优化。
模拟结果的验证主要通过实验方法进行，主要包括高速摄影技术、激光多普勒测速技术以及压力测量技术等。
通过对模拟结果和实验结果进行对比分析，对水煤浆离心泵的结构参数和工作参数进行优化，提高其传输效率和可靠性。
三、研究内容与方法本文拟采用耦合CFD-DEM方法，数值模拟水煤浆离心泵内固液两相流场。
主要研究内容包括：1、水煤浆离心泵内部流动场的分析与优化。
分析水煤浆离心泵内部流动规律，通过调整叶轮和泵壳的结构参数以及水煤浆输送的工作参数，优化泵的结构和工作条件，提高其传输效率和可靠性。
2、颗粒相的运动规律和沉积规律的研究。
研究颗粒相的运动规律，探究颗粒相在离心泵内的沉积规律以及对流体相的影响。
3、实验与模拟结果的对比分析。
通过高速摄影技术、激光多普勒测速技术以及压力测量技术等，对模拟结果进行验证，并与实验结果进行对比分析，验证模拟方法的可靠性和优化效果。
固液两相离心泵内颗粒流动特性的研究进展
固液两相离心泵内颗粒流动特性的研究进展
吕义高;史宝成;张寒洁;王典;李经廷;覃昊
【期刊名称】《内蒙古石油化工》
【年(卷),期】2018(044)002
【摘要】渣浆泵和泥沙泵等输送固液两相混合物的水泵是泵类中的耗能大户,在工农业各部门中应用广泛.固液两相离心泵的性能和效率受控于泵内的两相流动规律,理解泵内的两相流动规律,对于合理设计和延长泵的使用寿命有重要意义.本文重点阐述了固液两相流泵的研究现状及其进展.在内部流动特性方面余绍了固体颗拉在叶轮和蜗壳内部的流动规律,研究了泵内部过流部件的磨损规律及抗磨措施.并对低比转速固液两相流离心泵研究热点和发展趋势进行了讨论.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】吕义高;史宝成;张寒洁;王典;李经廷;覃昊
【作者单位】长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100
【正文语种】中文
【中图分类】TE974+.1
【相关文献】
1.离心泵内固液两相流动的三维数值模拟 [J], 张静;吴波;覃正超
2.固液两相流离心泵内颗粒运动规律的数值研究 [J], 夏密;李昳;李凤琴
3.基于CFD的固液两相离心泵内部流动及磨蚀特性研究 [J], 李文锋;冯建军;朱国俊;王秀玲;罗兴锜
4.离心泵内固液两相流动的图像测量 [J], 杨敦敏;叶海燕;陈刚
5.出口角对离心泵内固液两相流动影响 [J], 刘栋;杨敏官;董祥
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固液两相流离心泵叶轮磨损规律研究进展
固液两相流离心泵叶轮磨损规律研究进展张寒洁，史宝成，吕义高，王 典，李经廷，覃 昊（长江大学石油工程学院，湖北武汉 ４３０１００） 摘 要：叶轮是离心泵的核心部件之一，也是最易磨损的零部件。
本文在详细分析国内外两相流离心泵叶轮磨损规律方面的研究成果的基础上，探讨了叶片的磨损的影响因素及产生机理，为叶轮的优化设计提供参考意义。
关键词：固液两相流；离心泵；叶轮磨损规律 中图分类号：ＴＥ９７４＋．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１８）０１—００１０—０３ 叶轮是离心泵的核心部件之一，液体主要是从叶轮中获取能量的。
因此在设计叶轮时应考虑在流动损失最小的情况下，单位质量的液体可以获得较高的能头［１，２］。
然而过流部件特别是叶轮是最易磨损的零部件，所以在研究泵的性能时对叶轮的磨损规律分析必不可少。
在输送液体时，固体颗粒会不断的冲击叶片，随着长时间不间断的冲刷会对叶轮造成严重的磨损。
磨损较轻时，只会在叶轮工作面上出现沿流动方向的刮痕和细小麻点，随着程度的加深，叶轮表面会被固体颗粒不断打磨使其变得光滑，当磨损严重时，叶片的工作面与后盖板的相交棱角处有很深的条形沟纹，可以发现，磨损后的叶轮出口端面会变得非常薄，呈锯齿状形态，当磨损更为严重时可使材料（对于脆性材料，如铸铁）脱落崩坏。
当泵发生气蚀时，叶轮表面会受到电化学腐蚀和机械剥削的共同作用遭到破坏。
在发生气蚀的材料表面会出现沟槽状、海绵状和鱼鳞状等形式。
在气蚀发生较严重的地方，叶片和前后盖板会被蚀穿。
国内外很多学者针对离心泵的叶轮磨损进行了深入的研究，其目的是通过研究泵的磨损机理找出磨损规律，从而优化泵的结构延长泵的使用寿命。
他们大多数的研究方法都是对固体颗粒在叶轮中的运动轨迹进行理论和实验分析，再运用数值模拟来研究叶轮的磨损规律。
国外学者涉猎此项目较国内来说较早，早在２０世纪６０年代，国外通过高速摄影和图像处理的技术来研究固体颗粒在流道内的运动规律，取得了较大的成功，同时产生了一系列具有代表性的研究成果。
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
固液两相流离心泵内部流场的数值模拟研究的开题报告
一、课题背景
液固两相流离心泵是一种广泛应用于化工、轻工、环保等领域的设备，其主要功能是将高纯度、低浓度的悬浮固体物料输送至目标容器中。
离心泵作为一种传动压力更大，精度更高的设备，广泛应用于化工生产过程的悬浮液、乳化液、填料液、废水等的管道式输送。
而开展基于数值模拟技术的固液两相流动研究，对于提高离心泵的性能和对机理的深入认识具有重要的意义。
二、研究目的
本次研究旨在通过对离心泵内部流场进行数值模拟，分析悬浮物料在叶轮内的运动规律，探究流场特性对离心泵性能的影响因素及其内在机理，在提高悬浮物料输送效率和泵的稳定性等方面进行探究。
三、研究内容
1.建立固液两相流离心泵的数学模型，探究泵的叶轮、前后盖板、泵壳等部位的紊流特性以及固相颗粒在泵内水动力场中的运动轨迹和浓度分布规律；
2.采用计算流体力学（CFD）方法对离心泵内部流场进行数值模拟，分析和对比不同工况下流场的变化规律，揭示流场特性对泵的性能的影响因素及机理；
3.结合实验数据，对模拟结果进行验证，评估离心泵的性能，提出提高泵性能的方案和措施。
四、研究意义
1.深入了解离心泵内部流场特性和固相颗粒在流场中的运动规律，从理论上认识固液两相流动和输送机制，为优化设备的基础研发提供理论依据；
2.科学分析和评估离心泵性能的变化规律，为工程实际应用提供参考，优化设计和工艺参数；
3.扩展离心泵的应用领域，为提高化工、环保等领域固液分离和传输效率提供帮助。
国内液固两相流泵的设计研究综述
度很大 ， 使得数值求解也非常困难。近几十年来 ， 通过的了解 ， 随着数值计算和单相计算流 体的发展 ， 在描述多相流动基本规律方面， 已经有
了模型化的成果。笔 者经过 分析许多现有 的资
固体颗粒运动规律是泵内液固两相流动研究 的重
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成就 。 我 国对液 固两 相 流 渣 浆 泵 的研 究 则 始 于 ２ ０
效率低 ， 噪声大 ， 局部磨蚀严重 ， 造成能源和设备 学模型作了简要 的概述 ， 并对近年来 国内渣浆泵
世纪 ７ 年代末 ８ 年代初 ， Ｏ Ｏ 直到 ８ 年代 中期 以后 Ｏ
按两相流理论设计的渣浆泵才逐步得到应用。经
机
械
３ ３
统的渣浆泵一般都是采用单相流理论设计的 ， 但
数量多且形式复杂 ， 方程组 的非线性度和耦合程
实际输送的介质却是液 固两相混合流体 ， 由于设
计理论 与实 际情况不符 ， 导致泵 的效率低 、 寿命 短。要使泵既有较高 的效率又有较长寿命 ， 必须 把两相流理论 引进到泵的设计 ， 而研究泵轮 内的
中图分类号 ： Ｔ ３ ２ Ｈ １ 文献标识码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉｎ Ｓ ｎ ｎ ｓｇ ｕ ｕ ｍ￣ ｏ ｆＬｉ ｕ ｄ－ ｌ ｑ ｉ ・ｏｉ Ｔｗｏ ｐ ａ ｅ Ｆ ｏ Ｐ ｍ ｐ ｓ ｄ ・ ｈ ｓ ｌ ｗ ｕ －
固液两相流的研究现状及进展
固液两相流的研究现状及进展摘要：本文主要写了固液两相流泵在国内的研究现状以及分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。
文中还给出了对固液两相流动中的最佳流动模式进行了探讨及固液两相流泵常用研究方法的分析。
关键词：固液两相流泵数学模型流动模式牛顿流体1．固液两相流泵在国内的研究背景我国对液固两相流泵的研究则始于20世纪70年代末80年代初,直到80年代中期以后按两相流理论设计的泵才逐步得到应用。
经过几十年的努力,我国两相流泵技术也得到了长足的发展, 国内许多学者应用两相流理论对固液泵进行了水力设计和试验研究, 积累了许多很有价值的经验和数据, 为我国对液固两相流泵的研究开辟了广阔的道路。
2.国内固液两相流泵的研究现状固液两相流泵的基本概念通常分为两类①杂质泵，包括泥浆泵、砂泵、挖泥泵等，主要用于冶金、矿山开采、电力、煤炭、水泥等行业抽送尾矿、精矿、灰渣、煤泥、水泥等，也可用于江、河、湖、海的挖泥和疏浚。
离心式泵约占杂质泵总量的70% 左右，这类泵主要应考虑磨损问题。
市场调查发现: 上海主流泵生产企业生产的离心式的固液两相流泵主要是渣浆泵。
②无堵塞泵，包括旋流泵、单流道泵、多流道泵、螺旋离心泵和开式或半开式离心泵等，主要用于抽送污水、纸浆、纤维等，这类泵主要考虑的是堵塞问题。
由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。
为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。
3.固液两相流泵的研究理论3.1外特性研究20 世纪30 ～ 60 年代，国外学者研究固液相的性质与外特性关系得出的主要结论是: ①泵的扬程随着浓度的增加而下降; ②泵的功率随着浓度的增大而增大; ③泵的效率随着浓度的增加而下降;④泵的最高效率点向着小流量区偏移。
固液混合物的性质( 浓度、比重、粒径) 对离心泵性能方面的影响。
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② 无堵 塞泵 ， 包括 旋 流 泵 、 流 道 泵 、 流道 泵 、 旋 单 多 螺 离 心泵 和 开 式 或 半 开 式 离 心 泵 等 ， 要 用 于 抽 送 污 主 水、 纸浆 、 维等 ， 纤 这类 泵 主要考 虑 的是 堵塞 问题 。 由于 固液两 相流 动 的复杂性 和特 殊性 ， 以固液 所 两 相流 泵在 性能 、 声 、 噪 寿命 等 方 面存 在 着较 大 的缺
颗粒 的增 大 ， 粒相 对 运 动 的包 角 越 大 ， 颗 同时 在 运 动
中会越向叶片里面靠近， 与工作面发生碰撞 的概率会
增加 。 上述两 个实 验结论 在某 些 地方是 相互 矛盾 的 ， 如
Ｂ Ｋ 苏波 隆得 出 的 固 体 颗粒 粒径 越 大 ， 相对 运 动 ．． 其 轨迹 越偏 离 叶 片 的压 力 面 ， 赵 敬 亭 的 结 论 正 好 桂Ｉ 而
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进 行 了综 述 。 最后 提 出 了 ４个可 行 研 究方 向 。
关键词 ： 固液 两相 流 泵 ； 轮 ； 值 模 拟 ； 叶 数 实验研 究
中图分类号 ：Ｈ １ Ｔ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６— ４ ４ ２ １ ）５— ０ １— ４ １０ ４ １ （０ ０ ０ ０ ０ ０
主要应 考虑磨 损 问题 。市 场调查 发 现 ： 上海 主流泵 生 产 企业 生产 的离 心式 的固液两相 流泵 主要是 渣浆 泵 。
（ ）清华 大学水 电系 赵 敬 亭等 运 用 高 速 摄 影研 ２ 究离 心泵 叶轮 内 固体 颗 粒 的运 动轨 迹 得 出 同一 粒 径
的颗粒 ， 随着密度的加大 ， 或者同一密度的颗粒 ， 随着
陷。为 了克 服上 述缺 点 ， 内外 学者先 后通 过理论 分 国
反。 日 本学者采用有 限元法对离心泵 叶轮 内固体夥
粒运 动轨迹 的计 算结 果与 赵敬 亭 的结 论相 同。
（ ）一定范 围内颗粒质量对其运动轨迹影响不 ３ 明显 。这个 观 点 由一 个 日本 学 者 提 出 ， 赞 同 的较 但
１ 固液两相流泵的研究现状
固液两 相 流 泵 的 基 本 概 念 通 常 分 为两 类 ｊ① ： 杂质泵 ， 括泥浆 泵 、 包 砂泵 、 挖泥 泵等 ， 主要用 于冶 金 、 矿 山开 采 、 电力 、 煤炭 、 泥等行 业抽 送尾矿 、 水 精矿 、 灰 渣 、 泥 、 泥等 ， 可 用 于 江 、 、 、 的挖 泥 和疏 煤 水 也 河 湖 海 浚 。离 心式 泵 约 占杂 质 泵 总 量 的 ７ ％ 左 右 ， 类 泵 ０ 这
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Ｔｈ ｔｓ ｔａｎ ｄｅ ｅｏ ｅ ｈｏ ｐｏ ｄ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔｒ ｓ ａｒ ｈ ｆ ｒ ｔ ｏ ｉ — ｌ ｉ ｔ ａ ｅ ｆｏ ｐｕ ｐ ｎ ｅ ｅ ｃ ｏ ｈｅ ｓ ｌｄ —ｉ ｄ ｗｏ ｐｈ ｓ ｗ ｍ ｑｕ ｌ
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董 题 论 述
・
机械 研 究与 应 用 ・
固液 两 相 流泵 的研 究 热 点 和进 展
胡庆宏 ， 寿根 ， 业志 ， 胡 孙 赵 军， 李 森
（ 海 理 工 大 学 ，上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ０ ３
摘
要 ： 点 阐述 了 固液 两相 流 泵 的研 究现 状 。从 内部 的 流 动 规律 、 的 性 能 优 化 、 的设 计 、 的研 究 手段 四 个 方 面 重 泵 泵 泵