固相参数变化对离心泵磨损性能影响研究附件3.文献综述

1、浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班 级过程装备与控制工程09（1）班姓 名沈林江课题名称固相参数变化对离心泵磨损性能的影响研究文献综述（内容包括国内外本课题及相关研究现状、分析及参考文献目录，字数不少于2000字）目 录前言国内研究现状国外研究现状PIV研究现状总结参考文献（报告全文附后）指导教师审批意见签名： 年 月 日固相参数变化对离心泵磨损性能的影响研究沈林江(过程装备与控制工程09（1）班 B09360113)前言两相流泵作为输送固液两相流混合物的主要设备，被广泛应用在国民生产生活的各个领域中。固液混合物的水利输送技术已经广泛应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等

2、工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业，固液混合物的水利输送主要是由两相流泵来完成的。然而，在实际输送两相流过程中始终存在过流部件磨损和效率偏低等问题。现场运行状况显示，泵体结果及输送介质特性是对泵性能产生影响的重要因素。为了提高效率、优化泵的设计、提高可靠性、延长泵的寿命，必须对流场结构和能量损失的发生机理进行深入的研究。国内研究现状国内众多的学者专家都对各自领域内两相流对泵的磨损做了一定的研究。吴玉林1等对固液两相流动进行了数值模拟，固相和液相分别采用湍流模型和代数颗粒流（AP）湍流模型并考虑了固液两相间的相互作用。用此模型结合SIMPLE-C算法对离心叶轮内的稀释固液两相流动进行了计算

3、并研究了颗粒对流场的影响。计算结果同试验结果基本一致。梁双印2等分析了泵结构因素如蜗壳喉部面积、叶片数、叶片包角等对火电站固液两相流离心泵性能的影响，并以此为依据，对其进行了结构优化，然后通过选取合理的模型及控制方程，借助Fluent软甲对改进后的泵内留长进行了数值模拟，验证优化设计的效果。张玉良3等为探索一台固液两相流离心泵的水力性能与磨损特性，基于代数滑移混合物模型(Algebraic slip mixture model, ASMM)对其内部流场进行二维小可压缩定常流动数值计算，其中转子与定子之间的动静祸合采用“冻结转子法”实现。多相位定常流动计算结果与水力试验结果的对比确定最佳的转动位

4、置，并确认数值计算方法的准确性。磨损试验方面的研究有许洪元、罗先武等4采用涂层法进行了叶轮的磨损形貌分析，即对叶轮、盖板分别涂以3层不同颜色的特殊涂料，通过拍照分析，研究磨损规律;认为最先磨损的都是叶片的头部，大的叶片出口角造成叶片压力面上严重磨损，大的叶片进口角将减少磨损，颗粒的轨迹比较集中在沿吸力面的一线区域，尤其在出口端，由于有二次流，更加重了该处的磨损，在所有叶片的磨损形态中，最严重的磨损总是靠近后盖板侧，靠近前盖板的磨损总是相对较轻。另外他们利用高速摄影的方法，通过多种实验方案的比较，得到离心叶轮中固体颗粒运动轨迹的明确结论，并且采用统计方法对实验数据进行分析，确定颗粒在离心叶轮进口

5、的运动参数。颗粒浓度与扬程、效率关系方面的研究有李斌等5，他们对混输圆盘泵在输送原油介质时存在的扬程和效率低下的状况，在原有叶轮的基础上进行了结构改进，并采用欧拉多相流模型，标准湍流方程与SIMPLE算法对改进后圆盘泵内部固液两相湍流进行了数值模拟，得到泵内流场压力和速度的变化规律，以及不同固相颗粒浓度与泵的扬程、效率和出口质量流量的关系曲线，认为流体在从泵进口到出口的过程中，静压和总压持续上升，最高压力出现在蜗壳螺旋段与扩散段结合处的外壁面处，固相颗粒主要集中在叶片工作面，从而会加剧叶轮叶片的磨损破坏速度，泵的扬程和效率随着固相颗粒浓度的增大而略有增加，通过比较改进前后圆盘泵的扬程曲线发现，

6、改进后的泵的扬程提高明显。另外陈次昌，杨昌明，熊茂涛等对低比转速离心泵叶轮内固液两相流的数值分析，认为在相同的泥沙颗粒直径条件下，水泵扬程随着含沙水流中泥沙浓度的增大而下降6;刘德民、刘小兵等通过3种不同粒径的含沙水的数值模拟，得出不同断面上的速度分布图，认为含沙水粒径的运动轨迹和对效率的影响，沙粒的粒径大小对效率的影响比较大，粒径d=0. 2mm, d=0. 8mm对效率的影响较轻微，但是粒径d=2mm时效率就明显下降，跟清水时效率的比较可以看出，高浓度大粒径含沙水对机组效率的影响是非常严重的7;敏政，王乐，邵翔宇等11以黄河含沙水为工作介质，采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法，借助

7、Mixture多相流模型扩展的标准湍流方程与simple算法，应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟。通过内流场的速度、压力与颗粒分布，分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响，给出离心式泵叶轮的磨损特性，认为相同的泥沙体积分数条件下，水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降，相同的泥沙颗粒直径条件下，水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降。国外研究现状早在1937年，Elghobashi S8就通过试验研究了砂粒粒径和固相体积浓度对泵性能的影响，并建立了砂水混合物在叶轮流道内运动的物理模型。1982年，Grabow G9

8、从固液两相流滑动模型出发，通过对离心泵叶轮流道内固体颗粒的受力分析，得到了固体颗粒和水流的运动速度公式以及泵效率的计算公式，并得出两相流的效率低十清水时的效率。为优化设计做了准备。Tahsin E10展示了大量开式离心泵叶轮输送固液混合物的结果，研究了固体颗粒浓度、密度和平均直径对泵叶顶间隙的性能影响进行了试验研究，发现预测值和试验结果一致。Jose A11研究了涡轮机械方面的滑移参数对泵性能的影响，采用3D数值模拟去预测单相和气液两相流工况下的滑移参数，发现单相流下的参数适合所有离心泵叶轮。Li Y12通过对比离心泵内固液两相湍流流动模拟结果和实验结果，揭示了内部流动特征对固液两相离心泵的磨

9、损特性影响。当粒子体积分数小于2.5%时固相对泵磨损性能影响较小。随着固体颗粒粒径从0.1 mm增加到1 mm，颗粒集聚程度增大，然而，当粒径增加到1毫米之后，混合液的密度在压力面降低。Benretem A13查阅文献了解了固体颗粒对离心泵性能的影响，并采用密度为2800kg/m3固液混合物和一台6叶片的离心泵进行试验，把试验结果和文献对比后，建议重新计算固液两相流对离心泵性能的影响。PIV研究现状 粒子图像测速可瞬时、无接触测量流场中一个截面上的速度分布，具有较高的测量精度。(PIV)技术，自二十世纪八十年代以来，许多专家学者对PIV技术进行了研究，目前PIV技术已经在航空航天、化工、血液动

10、力学和水利水电等方面得到了应用，迄今为止，PIV技术已经成为一种被广泛采用的全场测试技术。刘娟14等应用PIV技术，全面追踪和研究了离心泵叶轮流道内固液两相流中固体的运动轨迹及规律、特别是固体颗粒与过流部件的瞬间撞击过程，系统研究了固体颗粒的粒径大小、密度、进口参数以及运行工况对颗粒运动轨迹的影响规律。田爱民15等利用PIV方法，通过多种实验方案的比较，得到离心叶轮中固体颗粒的运动轨迹结论，并且在实验数据的分析中采用统计方法确定颗粒在离心叶轮进口的运动参数等，为叶轮的设计和磨损研究一共有益的实验证据。Jaikrishnan R K16运用粒子图像测速技术成功地研究了透明离心泵内隔舌部位泥浆颗粒

11、的运动速度和波动能量情况。随着泵转速从725 rpm增加至1000 rpm,500m粒径的玻璃珠粒子的动能从大约200%增加至500%。颗粒主要撞击叶片压力面、隔舌和外壳，且随速度增加撞击更严重，表明这些部位最容易发生磨损，而且隔舌部位在粒子不规律撞击下，磨损最严重。Fukuda N17使用锁相和高度时间连续的两种速度测量方法对具有20个导叶和6个叶片的涡流泵进行测量。随着流量和转速的变化，流场的特点也出现变化，当导叶角度保持恒定，小转速下在叶片流道的里面产生一个顺时针漩涡，而高转速下在叶片流道的背面则出现一个逆时针旋涡。总结综上述所，许多学者专家都对固液两相流对离心泵的磨损进行了较多研究。有

12、从固相参数方面着手的，有从相变方面着手的，还有从固相运动轨迹方面着手的；有运用各种模型进行理论分析的，有运用软件进行模拟的，也有运用PIV技术进行试验的。但在实际中，离心泵内两相流动对离心泵的磨损是非常复杂的，因此考虑各个因素对离心泵的磨损有一个比较全面的了解是非常有必要的。从而能够更好的提高泵的效率，优化泵的设计，提高可靠性，延长泵的寿命。参考文献1 吴双印, 胡三高, 樊晓芳等. 大容量火电机组固液两相流离心泵数值分析及结构优化J. 中国电机工 程学报. 2008, 28(17): 82-863 张玉良, 李昳, 崔宝玲等. 两相流离心泵水力输送性能计算分析J. 机械工程学报, 2012,

13、 48(14): 169-1764 田爱民, 田爱杰, 许洪元, 罗先武, 付振英.离心泵叶轮内磨损规律的试验研究J. 煤炭科学技术, 1998, 5(11): 11-125 李斌, 戚篙, 郭岳新, 司岩. 圆盘泵叶轮结构改进及固液两相流的数值模拟J. 排灌机械, 2009, 27(2): 96-996 陈次昌, 杨昌明, 熊茂涛. 低比转速离心泵叶轮内固液两相流的数值分析J. 排灌机械, 2006, 24(6): 1-37 刘德民, 刘小兵. 基于湍流模型的沙粒运动数值模拟J. 水科学与工程技术, 2008, 7(3): 37-408 Elghobashi S E, Abou-Arab T

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17、2003, 6(4): 21-2517 Jailrishnan R K, Pathom C, Subramanian A, et al. Investigations of particle velocities in a slurry pump using PIV: Part 1, the tongue and adjacent channel f1owJ. Journal of Energy Resources Technology, 2004, 126: 271-27818 Fukuda N, Someva S, Okamoto K. Measurement of unsteady flow in pump-turbine for hydropower using PIV methodC. ASME 2009 Heat Tr