混流式脱硫泵参数化三维建模与磨损特性分析

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1、华北电力大学硕士学位论文4．2．3湍流模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l4．3计算模型的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．4动静模型(叶轮和蜗壳)的耦合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．254．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25第五章数值模拟过程及计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯265．1Gambit构体处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．265．1．1计算模型网格划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．265．1．2边界条件的定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯285．2FLUENT计算步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．285．3计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．295．3．1数值模拟外特性曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．295．3．2网格数对数值解的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯305．3．3脱硫泵内部固液两相流场的一般规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．305．3．4介质特性与磨损的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯385．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l6．1课题结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯416．2课题存在的问题与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47在学期间发表论文和参加科研情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53华北电力大学硕士学位论文1．1选题的背景及意义第一章绪论“十一五"期间，在国家支持脱硫环保产业政策的引导下，火电厂将从S02排放总量和排放浓度两个方面进行技术改造，加大脱硫力度，因此火电厂纷纷上马烟气脱硫系统。其中，湿法脱硫技术因效率高，使用煤种范围宽，在火力发电厂中得到了广泛地应用。湿法脱硫系统中的脱硫浆液泵由于内部固液两相流场复杂，人们对其内部流场还没有完全掌握，长期以来采用以清水为介质的一元设计理论，再以各种经验系数加以修正，从而使得浆液泵的理论设计与实

4、际使用条件不符，导致泵的效率低、磨损严重、寿命短等缺点。为了设计出高质量的脱硫泵，就必须了解泵内的流动和磨损规律，以解决以上技术难题。输送含有CaC03固体颗粒的脱硫泵是一种典型的固液两相流泵，与泵内清水单流场相比，固液两相流泵内的流程更加复杂。泵内固液两相均有一组流动参量，使描述运动的变量增加一倍，在加上各相的物理性质、体积浓度及相间速度的变化，进一步加深了泵内两相流场的研究难度。由于含固体颗粒的混流式脱硫泵中流动复杂，旋转叶轮中的实验观察又较为困难，随着计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)技术的发展，数值模拟为研究流体机械内部流体运动规律、预测流

5、体机械性能提供了一条实用的可行性途径。国内外研究人员从外部特性着手，探索不同固相浓度、颗粒直径对泵性能的影响进行了大量细致的研究工作。本论文尝试以SolidWorks+VB为开发平台进行混流式浆液循环泵的三维造型，并利用CFD数值计算软件FLUENT6．2提供的Euler模型、扩展的标准k．e湍流模型以及SIMPLEC算法，对混流式脱硫浆液泵内固液两相三维流动进行数值模拟，初步揭示了脱硫浆液泵流道内固液两相的速度场分布、压力场分布以及颗粒运动规律，以期为更好地设计脱硫泵，减少磨损以及延长脱硫泵的使用寿命提供一些参考依据。1．2固液两相流泵的研究现状多年来，国内外的专家学者对固液两相流泵的磨损

6、特性在理论分析、数值模拟和实验研究方面作了大量细致地研究。理论研究方面：Roco、Addiz对多台离心式渣浆泵进行了实验研究，结果表明颗粒浓度与颗粒直径大小对泵性能曲线的影响是泵结构的函数Ⅲ。张维聚对普通离心泵输送固液混合物时的特性作了分析研究，提出扬程和效率随固体颗粒浓度的增华北电力大学硕士学位论文加而下降的观点心1。陈红生等人从清水泵叶轮内部流场分析着手，对颗粒进行受力分析，分析的结果是叶轮内的射流——尾流结构的存在是叶轮出口磨损较为严重的主要原因口1。黄社华等人对水力机械含沙水流过流部件表面波纹的成因进行了研究探讨，以边界层理论为基础，结合Kelvin．helmholtz漩涡稳定性理论

7、，对湍流边界层中的颗粒进行了分析，提出了小扰动下连续分布的相关大涡结构与颗粒的相互关系模型，较好地描述了水力机械过流部件表面波纹坑的生成和发展过程n1。赵敬亭等人对离心泵叶轮出口两相流流场的分析计算，提出泵本身存在的结构缺陷而引起的脱流现象是固液两相流泵叶轮出口剧烈磨损的根本原因∞1。数值模拟方面：彭维明等人利用Eulerian．Lagrangian模型，结合雷诺输运定律，计算了水涡轮机械中轴对称的固液两相流