旋流泵内部固液两相流动的CFD模拟分析
螺旋桨cfd方法
螺旋桨cfd方法
螺旋桨CFD方法是一种基于计算流体力学的数值模拟方法，用于模拟螺旋桨在水中的运动和流动。
螺旋桨是船舶和水下机器人等水下设备的重要组成部分，其性能直接影响着设备的运行效率和能耗。
因此，对螺旋桨的流动特性进行研究和优化具有重要意义。
螺旋桨CFD方法的基本原理是将螺旋桨和周围水域建模为一个三维流场，通过数值计算求解流场中的速度、压力、涡量等物理量，从而得到螺旋桨的流动特性。
该方法可以模拟不同工况下螺旋桨的流动特性，如不同转速、不同进口流速等，从而为螺旋桨的设计和优化提供依据。
螺旋桨CFD方法的优点在于可以快速、准确地模拟螺旋桨的流动特性，同时可以对不同参数进行优化分析，从而得到最优的设计方案。
此外，该方法还可以模拟螺旋桨与周围水域的相互作用，如水流的干扰、涡流的产生等，从而更加真实地反映螺旋桨的运动状态。
然而，螺旋桨CFD方法也存在一些局限性。
首先，该方法需要大量的计算资源和时间，尤其是在模拟复杂的流动情况时，计算量会更大。
其次，该方法的模型建立和参数设置对结果的影响较大，需要经验丰富的工程师进行合理的选择和调整。
螺旋桨CFD方法是一种重要的数值模拟方法，可以为螺旋桨的设计和优化提供依据，同时也为水下设备的研究和开发提供了新的思
路和方法。
随着计算机技术的不断发展和完善，螺旋桨CFD方法将会得到更广泛的应用和发展。
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程
基于Fluent 14.5离心泵内部流场数值模拟教程内容摘要：一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，...一、描述随着科学技术的进步，许多领域对水泵要求越来越高。
传统的设计方法已无法满足快节奏、高要求的现代社会。
随着计算流体力学（CFD）技术的发展，为水泵设计也带来了更好的研究方法。
应用CFD技术，通过计算机对水泵内部流场进行虚拟试验，可以快速获得外特性曲线，并且能够更好的在设计阶段预测泵内部流动所产生的漩涡、二次流、边界分离、喘振、汽蚀等不良现象，通过改进以提高产品可靠性。
本教程采用IS80-65-125型水泵的水力模型，通过具体步骤希望广大同行能快速掌握运用Fluent对水泵进行CFD模拟的步骤方法。
二、建模采用Creo 2.0 M020（Peo/Engineer）进行建模。
本次教程不考虑叶轮前后盖板与泵腔间的液体（事实证明对实际结果有一定影响，为了教程方便因此不予考虑，大家可以在实际工作中加入对前后腔体液体），建模只考虑进口管部分、叶轮旋转区域部分、蜗壳部分。
对于出口管，可以根据模型的特征进行判别，本次模拟是由于出口管路对实际模拟结果影响很小，不存在尺寸急变等特征，因此去掉了出口管段，以减少网格数量。
建模如图所示：图1 建立流道模型三、网格划分建模完成后，导出*.x_t（或其他格式）格式，导入网格划分软件中进行网格划分。
网格划分软件有很多，各有各的优势，主要采用自己熟练的一种即可。
本次教程采用ICEM进行网格划分。
进口段为直锥型结构，采用六面体网格。
叶轮和蜗壳部分采用四面体非结构网格（也可以采用六面体网格，划分起来比较麻烦）。
对于工程应用，可以采用不划分边界层网格，划分边界层网格比较费时间，生成的网格数量也很高，但是从模拟的外特性曲线来看，差别不是很大，但是对于研究边界层流动对性能的影响，就必须划分边界层，对于采用有些壁面条件，也必须划分边界层（该部分查看其它教程）。
cfx计算两相流原理
cfx计算两相流原理CFX是一种用于计算两相流原理的计算流体力学（CFD）软件。
两相流是指在同一系统中同时存在两种不同相态的流体，比如气液、液液或固液等组合。
CFX通过模拟和计算两相流的流动行为，可以帮助工程师理解和优化各种工业过程和设备，如喷雾燃烧、化工反应器、石油开采等。
在两相流中，两种不同相态的流体以不同的形式相互作用。
例如，在气液两相流中，气体被分散在液体中，形成气泡，或者液体以雾状形式分散在气体中，形成液滴。
这些气泡和液滴的运动和相互作用对整个流动过程起着重要的影响。
CFX使用的数值方法可以对两相流的流动进行精确的数值模拟。
在模拟过程中，CFX将流体领域分割成离散的小单元，并使用数值算法来模拟流体在这些单元之间的传递和相互作用。
通过求解流动方程和物质传递方程，CFX可以计算出流体的速度、压力、温度和浓度等物理量的分布。
在两相流的模拟中，CFX考虑了多种物理现象，如浮力、表面张力、质量传递、热传递等。
这些物理现象的数学模型被嵌入到CFX的求解算法中，以准确地描述两相流动的行为。
通过调整和优化这些模型的参数，可以使CFX的模拟结果更加符合实际情况。
CFX还提供了丰富的后处理功能，可以对模拟结果进行可视化和分析。
通过绘制流场、压力分布、浓度分布等图表，工程师可以直观地了解两相流的行为，并对系统进行优化和改进。
CFX在工程领域有着广泛的应用。
例如，在喷雾燃烧中，CFX可以模拟燃烧器中燃料和氧气的混合过程，以及燃烧产物的形成和分布。
这有助于优化燃烧器的设计，提高燃烧效率和减少污染物的排放。
在化工反应器中，CFX可以模拟反应物在反应器中的流动和反应过程。
通过对反应器的流动场和温度分布进行分析，可以优化反应器的结构和操作条件，提高反应的效率和产物的纯度。
在石油开采中，CFX可以模拟油井中油水两相流的运动和分离过程。
通过对油井的流动特性进行研究，可以制定合理的开采策略，提高原油的采集率。
CFX作为一种计算两相流原理的工具，可以帮助工程师深入了解和优化各种两相流过程。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展
旋风分离器在工业上的应用已有百年多的历史。
它是利用气固两相流的旋转，将固体颗粒从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置[1]。
与其它气固分离设备相比，具有结构简单、设备紧凑、性能稳定和分离效率高等特点。
广泛应用于石油、化工、冶金、建筑、矿山、机械和环保等工业部门。
由于旋风分离器内部流动非常复杂，用试验或者解析的方法研究分离器内部的流动状况比较困难。
近年来，随着计算机硬件及CFD(计算流体动力学)技术的不断进步[2,3]，数值方法成为研究旋风分离器的一种重要手段。
通过对旋风分离器内气固两相进行数值模拟，揭示旋风分离器内部流场，为优化旋风分离器的结构提供思路，也为进一步提高分离性能奠定基础。
1旋风分离器的结构和工作原理一般来说，旋风分离器由进气管、柱段、锥段、排气管和集灰斗等部分组成（图1）。
含尘气流以12m/s ～25m/s 的速度从进气口进入旋风分离器，气流由直线运动变为圆周运动，产生高速旋转的涡旋运动。
旋转气流中的固体颗粒由于离心加速度的作用，向器壁运动，接触器壁后失去惯性力而靠入口速度的动力和向下的重力沿器壁螺旋形向下，经锥段排入灰斗中。
向下旋转的净化气体到达锥段下部某一位置时，由于负压作用，便以相同的旋转方向在分离器内部由下而上螺旋运动，经排气管排出旋风分离器外。
2旋风分离器流场数值模拟研究进展虽然旋风分离器结构简单，但是其内部的三维旋转湍流流场却相当复杂。
工程应用对该流场的数值模拟，基本上是基于求解Reynolds 时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法。
描述湍流运动的数学基础仍然是连续性方程和瞬时N -S 方程。
连续性方程：N -S 方程：收稿日期：2012-04-11；作者简介：韩婕（1984-），女，电邮hanjie854@ 。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展韩婕，刘阿龙，彭东辉，吴文华（上海化工研究院化学工程及装备研究所，上海200062）摘要：介绍了旋风分离器的结构与工作原理，综述了国内外旋风分离器两相流场的数值模拟研究进展，对研究过程所用的研究方法进行了描述，分析比较了研究成果。
离心泵流场的CFD模拟研究
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摘要 ： 理 解和 掌握 离心 泵 内部流 场 对其操 作 和稳 定性 有 存
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气固两相流模拟技术的研究及应用
气固两相流模拟技术的研究及应用气固两相流模拟技术，是指模拟气体和固体颗粒同时运动的过程。
其应用场景非常广泛，比如化工制造领域中的气力输送、固体颗粒混合、喷雾干燥等过程，以及环境科学领域中的大气污染、沙尘暴等问题。
因此，气固两相流模拟技术的研究和应用具有重要的实际意义。
目前，气固两相流模拟技术主要采用计算流体力学（CFD）方法或离散元法（DEM）实现。
CFD方法主要基于对流方程，通过数值方法对流体动力学方程进行求解，得出流体的流速、压力等物理参数，以及气体与颗粒之间的相互作用力等参数。
DEM方法则主要基于颗粒运动力学原理，把物质看作是由相互作用的颗粒组成的离散体系，通过求解颗粒的受力情况，来计算颗粒之间的相互作用力、碰撞等参数。
虽然两种方法各有优缺点，但在处理气固两相流时，通常采用CFD-DEM耦合方法。
该方法主要是将CFD和DEM方法的数值模型进行耦合，实现同时对气体和颗粒的运动进行模拟，从而更加准确地模拟气固两相流动态过程。
在气固两相流模拟技术中，最关键的是气体与颗粒之间的相互作用力。
气体与颗粒之间的相互作用力可以分为两类：杆状作用力和碰撞作用力。
杆状作用力主要是指气体因速度梯度而对颗粒施加的作用力；碰撞作用力则是指颗粒之间或颗粒与壁面之间发生的碰撞，由此产生的反作用力。
在气固两相流模拟技术的应用中，最常见的是喷雾干燥领域。
喷雾干燥是指在高速气流中喷入悬浮颗粒，通过颗粒与气体的相互作用，使颗粒与气体之间的热量、质量交换，从而实现悬浮物质的干燥过程。
针对喷雾干燥的气固两相流模拟技术，通常采用CFD-DEM二元模型，考虑气固两相流的微观动力学过程，并通过模拟颗粒与气体之间的传热、传质等物理过程，来研究喷雾干燥的机理和优化干燥过程。
研究表明，采用气固两相流模拟技术可以更好地解释和深入研究喷雾干燥过程中颗粒的运动、热量传递和干燥效果等重要问题。
除了喷雾干燥领域之外，气固两相流模拟技术在环境科学领域，特别是大气环境领域也有重要的应用。
CFD模拟多孔介质颗粒流动行为
CFD模拟多孔介质颗粒流动行为多孔介质是一种由固体颗粒组成的材料，其内部包含许多孔隙，而颗粒流动行为是指在多孔介质内部，颗粒受力而发生的流动现象。
为了更好地理解和预测多孔介质内颗粒流动的行为，研究人员借助计算流体力学（CFD）方法进行模拟研究。
本文将重点讨论CFD模拟多孔介质颗粒流动行为的原理、方法和应用。
首先，我们需要了解CFD的基本原理。
CFD是一种利用数值计算方法对流体流动进行模拟和预测的技术。
在CFD模拟多孔介质颗粒流动行为中，我们将常用的Navier-Stokes方程作为基本方程。
该方程描述了连续介质内流体的速度、密度和压力之间的关系。
然而，在多孔介质中，颗粒流动相互之间的干涉和相互作用是不可忽视的，因此需要引入额外的方程来描述颗粒间的力学行为。
其次，针对多孔介质的几何特征和颗粒流动行为，我们需要选择适当的CFD 模型和求解方法。
针对多孔介质的几何特征，我们可以选择常用的体积平均法或局部均匀性法进行建模，其中体积平均法是最常用的方法。
在应用CFD模拟多孔介质颗粒流动时，根据实际情况，我们可以选择Eulerian-Eulerian方法或Eulerian-Lagrangian方法进行求解。
Eulerian-Eulerian方法将连续介质和颗粒相分别视为独立的流体，采用两个连续介质的Navier-Stokes方程模拟流动；而Eulerian-Lagrangian方法则将连续介质视为一个流体，将颗粒视为离散的粒子，在颗粒上引入额外的动力学方程描述其运动。
CFD模拟多孔介质颗粒流动行为的应用非常广泛。
首先，颗粒流动行为模拟可以应用于地下水资源开采和地下储层开发中。
通过模拟多孔介质内颗粒的运动和沉积行为，可以帮助预测地下水的流动和水质变化，为地下水资源的合理开发和利用提供参考。
其次，颗粒流动行为模拟还可以应用于油气勘探中。
多孔介质内颗粒的流动行为对油气的运移和储集具有重要影响，通过模拟颗粒流动行为，可以采取相应的措施提高油气勘探的效率和成果。
稠密颗粒两相流的cfd-dem耦合并行算法及数值模拟
稠密颗粒两相流的cfd-dem耦合并行算法及数值模拟CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)是一种用于模拟稠密颗粒两相流的耦合算法。
在CFD-DEM耦合算法中，计算流体力学（CFD）模型用于描述流体相的流动行为，而离散元（DEM）模型用于描述颗粒相的运动行为。
CFD模型通过求解Navier-Stokes方程来预测流体相的速度场和压力场，而DEM模型通过模拟颗粒之间的相互作用来预测颗粒相的运动轨迹。
CFD-DEM耦合算法的基本思想是将两个模型进行交互计算，其中CFD模型提供给DEM模型流体相的速度场和压力场作为边界条件，而DEM模型提供给CFD模型颗粒相的运动轨迹作为物理参数。
通过迭代求解两个模型的方程组，最终得到稠密颗粒两相流的解。
在进行数值模拟时，需要考虑到大规模计算的复杂性和计算效率的问题。
一种常用的方法是采用并行算法来加速计算过程。
并行算法将计算任务分配给多个处理单元，同时进行计算，从而提高计算效率。
对于CFD-DEM耦合算法，可以将计算颗粒相的运动轨迹和计算流体相的速度场和压力场进行并行计算。
在数值模拟中，需要将流域划分成多个网格单元，使用CFD 方法求解流体相的速度场和压力场。
而对于颗粒相，可以将颗粒离散到多个计算单元中，使用DEM方法模拟颗粒的运动轨迹。
在每个时间步长，CFD模型和DEM模型之间通过数据交换进行信息传递，从而实现耦合计算。
通过并行算法和数值模拟，可以有效地模拟稠密颗粒两相流的行为。
这种方法对于研究颗粒的输运、堆积、混合等问题具有重要的应用价值。
同时，随着计算机硬件的不断发展，CFD-DEM耦合并行算法的计算性能也在不断提高，为更复杂的颗粒流动问题提供了更大的计算能力。
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旋流泵内部固液两相流动的ＣＦＤ模拟分析 刘栋玉，黄亚－５．刘光伟，万鹏程 （昆明理工大学，云南昆明６５００９３） 摘 要：基于雷诺平均Ｎ—ｓ方程，对旋流泵金属蜗壳叶轮在清水和固液两相流动时的内部流场进行 三维ＣＦＤ数值模拟。采用Ｐｒｏ／Ｅ三维造型软件进行几何造型，应用Ｆｌｕｅｎｔ软件，选用雷诺平均Ｎ—Ｓ方 程，输送清水介质使用标准ｋ一￡紊流模型，输送含有固体颗粒的两相介质采用ｋ一∈一Ａｐ模型，结合ＳＩＭＰ１ Ｅ 算法，采用笛卡尔坐标，混合四面体非结构网格，对其内部流场进行了三维ＣＦＤ数值模拟。对固体颗粒 直径发生变化时的固液相速度分布情况进行详细分析。结果表明，它们的速度分布和实际情况基本吻 合。 关键词：旋流泵；固液两相流动；ＦＩ ＵＥＮＴ；ＣＦＤ数值模拟 中图分类号：ＴＨ ３１１ 文献标志码：Ａ ＣＦＤ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑｕｉｄ Ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ Ｉｎｎｅｒ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｏｒｔｅｘ Ｐｕｍｐ Ｉ ＩＵ Ｄｏｎｇｙｕ，ＨＵＡＮＧ Ｙａｙｕ，Ｉ ＩＵ Ｇｕａｎｇｗｅｉ，ＷＡＮ（；Ｐｅｎｇｃｈｅｎｇ （Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｙｎｏｌｄｓ ａｖｅｒａｇｅ Ｎ Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｍｅｄｉａ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｌｉｑｕｉｄ ｔｗｏ ｐｈａｓｅ ｉｎｎｅ ｒ ｌｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎ ｓｉｏｎａｌ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｖｏｌｕｔｅ ａｎｄ ｉｍｐｅｌｌｅ ｏｆ ｗｈｉｒｌ ｐｕｍｐ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＣＦＤ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｂｙ Ｐｒｏ ｆ Ｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｆｌｏｗ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｌｕｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｒｅｙｎｏｌｄＳ ａｖｅｒａｇｅ Ｎ Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｕｔｅ ａｎｄ ｉｍｐｅｌｌｅ，ｔｈｅ ＳＩＭＰＩ Ｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｉｘｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｙｐｅ ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｇｒｉｄｓ ｉｎ ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｓｐａｃｅ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｍｅｄｉａ，ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｋ一￡ｌｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ；ｗｈｅｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｌｉｑｕｉｄ ｔＷＯ ｐｈａｓｅ ｆｌｕｉｄ ｗｉｔｈ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｋ—Ｅ—Ａｐ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｉａｍｅ ｔｅｒ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ ｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａ ｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｉｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｗｅｒｅ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ，Ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑｕｉｄ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ，ＦＩ ＵＥＮＴ，ＣＦＤ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
旋流泵是 １ 业生产和城市人民生活必不可少的 一种排水机械，它Ｊ 泛地应用于化＿Ｌ、矿山、食品、城 市排水等领域，Ｘ￣５１１业生产和人们的生活起着重要 作用。 蜗壳叶轮部分足旋流泵的重要组成部分，在旋 流泵的水力设计过程巾，蜗壳叶轮对其性能有着举 足轻重的作用。山于蜗壳叶轮内部流动情况比较复 杂，目前对旋流泵在不同丁况下的流动特性了解得 比较少，而对固液两相流体在蜗壳叶轮内部流场的 分析更加欠缺。囚此时蜗壳叶轮内部流场进行 ＣＦＤ数值模拟分析，探讨不同介质时其内部流体的 流动机理和运动规律是非常必要的。 随着计算机技术发展以及ＣＦＤ数值模拟技术 的广泛应用，越来越多的研究者开始采用数值模拟 技术来研究旋流泵的内部流动机理和运动规律特 性。关醒凡［ 等人提出了以涡室径向尺寸、喉部断 面积和叶轮直径为要素的旋流泵设计方法，并利用 此方法设计了多种型式的旋流泵。清华大学夏明 辉、吴玉林等 的论文研究了造成水力损失的主要 原因是叶轮流道内部存在明显的回流和旋涡区。江 苏大学施卫东等［３＿的论文指出旋流泵内部存在较强 的轴向 纵向旋涡。江苏大学高波［ 的论文研究认 为固体颗粒存无叶腔里的分布大于时‘轮内的分布， 有利于减小叶轮磨损。 州理Ｔ大学刘天宗 也对 旋流泵内部流动进行二三维数值模拟，认为泵内部流 动主要是循环流动和贯通流动，流体彳『轴向和刷向 速度，周向速度占据主体。在刘‘吲液两相介质进行 模拟时，泵的蜗壳叶轮内部固相和液卡¨的速度分布 规律比较复杂，不同的研究者有不完 卡Ｈ同的结 论 。 本文是以前人的研究为基础，研究假设主相是 水，固体颗粒为理想的圆形状，固体颗粒体积含量和 密度分别为６ 和２ ６５０ ｋｇ／ｍ。，固体颗粒直径分别 取０．６ ｍｍ、１．２ ｍｍ、２．０ ｍｉｎ ３种不同状态时崮液 相的速度分布情况，为旋流泵的水力优化没计提供 参考。
１ 基本方程 根据Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程，考虑同液两相之问的 相问耦合，忽略均匀固相颗粒之问的相互作用，建立 固液两相流体的一般方程。用Ｃ 表示两相流体中 固相的体积浓度，则在任一体积为 的两相流体
《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备 ２０１０年 第９期 ・３５・ 流出，部分为循环流，部分为贯通流。这符合经典的 旋流泵理论。 ４．２ 固液两相介质模拟及分析 固液两相介质模拟采用的是【占ｊ体颗粒体积含量 和密度分别为６ 和２ ６５０ ｋｇ／ｍ ，同体颗粒直径分 别取０．６ ｍｍ、１．２ ｍｍ、２．０ ｍｍ ３种不同状态下得 到的固液相速度分布情况，其中Ｓ代表固相颗粒，Ｌ 代表液相。得出的结果如图５～图８所示。 由图５、图６表示的叶轮内部和无叶腔中轴截 面的相对速度分布图可知，在叶轮内不管是液相还 是固相颗粒，其相对速度从叶片进口到出口呈现出 增加的趋势。沿着叶片方向，工作面上速度呈现ｍ 增加的趋势，背面上相对速度也逐渐增加。在无叶 腔中，固相和液相的相对速度沿径向先增加后减小。 当颗粒直径较小时，液相和同相的相对速度差异不 明显，颗粒直径较大时，液相和固相的相对速度发生 很大的变化。
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图６ Ｚ～３５轴截面上相对速度矢量分布图（翠／ｓ） ２Ｏ １８ １６ ｌ４ ｌ２ 艘ｌＯ 匣８ 匣６ ４ ２ Ｏ
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向速度，并且周向速度大于轴向速度。
参考文献 ［１］关醒儿．泵的理论与设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９８６． Ｅ２］吴玉林．杂质泵叶轮中固体颗粒运动规律的试验［Ｊ］．清 华大学学报（自然科学版），１９９２，３２（５）：５７—５９． ［３］施卫东，汪永志，孔繁余．旋流泵无叶腔内部流场数值模 拟［Ｊ］．农 Ｊ 工程学报，２００５，（２１）：１－３． ［４］高波．旋流泵液固两相流场的计算及ＰＤＰＡ实验研究 ［Ｄ］．杭州：江苏火学，２００７． ［５］刘天宝．旋流泵内部流动的三维数值模拟［Ｄ］．兰州：兰 州理工人学，２００７． ［６］朱祖超．若干特殊离心泵的设计理论及工程实现［Ｄ］．杭 州：浙江大学，ｌ ９９９． ［７］梁冰，朱玉才．两相流泵的边界层理论及其应用［Ｍ］．北 京：科学出版社，２００３． ［８］曹岩．Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ３．０曲面建模实例精解 ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［９］苏铭德，黄素逸．计算流体动力学［Ｍ］．北京：清华大学 出版社，１９９７． ［１ｏ］李棋飞．基于两相流动水轮机引水导水部件内流特性研 究ＥＤ］．兰州：兰州理工大学，２００６． ［１１］王福军．计算流体动力学分析［Ｍ］．北京：清华大学出 版社，２００４．