基于CFD的搅拌机提升叶轮特性研究.pdf

《基于CFD的搅拌机提升叶轮特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering基于CFD的搅拌机提升叶轮特性研究薛广进，王洋，杨力，姚左钢，董红，林海燕(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京100082)摘要：利用CFD模拟机械搅拌澄清池搅拌机提升叶轮运行情况．对其搅拌提升特性进行研究．绘制其相关性能曲线为机械搅拌澄清池搅拌机的设计选型提供参考依据，对搅拌机提升叶轮提出一种研究方法，为其运行提供指导意见。关键词：机械搅拌澄清池；搅拌机；提升叶轮；CFD模拟；提升水量；剪切力中图分类号：TU991．2文献标志码：B文章编

2、号：1009—7767(2017)01一0113一06TheFeatureofElevatingImpellerofBlenderBasedonCFDXueGuangjin，WangYang，YangLi，YaoZuogang，DongHong，LinHaiyan机械搅拌澄清池具有处理效果好、适应性强、设备少、电耗低、药耗少、投资较低等优点，在水处理行业得到了广泛应用[1-31。机械搅拌澄清池中传统搅拌机提升叶轮的最终设计方案是以试验为基础．通过反复设计和试验，并借助经验判断确定的。因此具有设计周期长、费用高等缺点。近年

3、来机械搅拌澄清池工艺有所改进，新型叶轮也得到了进一步应用。并且随着计算机的发展。计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics．CFD)已经成为一种重要的设计和计算方法[4]。1叶轮分类机械搅拌澄清池通过搅拌机叶轮的快速旋转达到对泥水搅拌和提升的双重作用．叶轮按照叶片结构形式主要分为3类，分别为辐射式直叶片叶轮、向后倾斜式直叶片叶轮、向后弯曲式叶片叶轮is](为方便叙述分别简称直叶片叶轮、倾斜叶片叶轮、弯曲叶片叶轮)，其结构如图1～3所示．注：1．叶轮叶片；2．叶轮上盖板图1直叶片叶轮￡：I、叶轮叶

4、t片：2．叶轮上盖扳图3弯曲叶片叶轮直叶片叶轮结构简单、加工制造方便，可正反运转，可满足小水头大流量的应用需求；倾斜叶片叶轮只能单向旋转，其各项性能介于直叶片叶轮和弯曲叶片叶轮之间：弯曲叶片叶轮刚度较大，只能单向旋转，加工成本高，但其提升性能良好。实际生产中3种叶轮都有应用，但由于直叶片叶2017年第1期(1一)第35巷啼荭投木113器给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering轮和弯曲叶片叶轮在制造工艺和应用性能方面具有显著优势，因此应用较多。笔者仅对这2种叶轮进行研究。2叶轮性能机械搅拌

5、澄清池搅拌机叶轮性能主要体现在搅拌和提升2个方面，搅拌性能可通过观测搅拌产生的流场、剪切力、紊动能等进行评价，提升性能可通过单位时间提升体积量进行评价。参考叶轮的设计方法，提升叶轮的出水口宽度可按公式(1)计算t51：曰：磐。(1)式中：B为叶轮出水口宽度，m；Q。为提升水量，m3／s；C为叶轮出水口计算系数；n为叶轮转速，r／min；d为叶轮外径，m。公式(1)可改写为：Q,-飞BCrnd2。(2)即提升水量由叶轮出水口宽度、叶轮转速、叶轮外径决定，由于实际运行工况复杂，通过该公式仅能对叶轮的提升性能做粗略估算。搅拌过

6、程是流体和设备间相互作用的复杂过程，由于经验计算公式不能满足应用需求，因此可利用CFD软件对该过程进行仿真模拟．从而实现对各参数的准确输出。3研究方法3．1理论控制方程搅拌过程中流体状态为湍流，因此需要选择K—epsilion紊流模型，该模型求解简单，结果较为准确，在计算中得到了普遍应用，该方法基于湍动能方程和扩散率方程，如下[6]：jof(pk)+去(础tti)2去(肛+等)“k+Gn—JD￡一l，M+Sk；(3)ja。(p8)+去(pcui)=去‰+告)等]+c-。}(Gk+C39G-)一c29JD}+Ss。(4)湍

7、流速度可由公式(5)求得：胁=pC。笠。(5)3．2计算模型建立在Workbench中选择Fluent流体仿真系统(见图4)，利用SCDM建立结构模型。为对比直叶片叶轮和弯曲叶片叶轮的性能，设定两叶轮直径及出水口宽度同为1．2m及0．55in。翻麓躁鞣鼹臻嘲嬲哪嗣甲哪呵霸臻麓㈣灏孵嘲孵胃鼎帮惘霹嘲黪繁繁隳哆嘲熙丽基屡舞黧融帅T岫u也Exk嘣帅曲IHeb创吲吲到，。I：vo)ect一⋯一一一一一一一一一一越帅蕾L

8、．十Re。Ⅲct国髓々e由嘲，岫bn啦tI器^crs竹tp-非墨墨■————暖野■百1■—■——————■■■

9、—■■—■■■■■■——●●●—■礴孵自^Il■pb身矗啊{l臼Hu·dRow胛u∞日譬藜匦二]Ij圈墨函_!团圆函l■囡-■Auent(v*nhRuentMeshing)2圈铀哪／J2雹洲y／J2．{叠铀咖v，J●Geometlv3‘●Mesh／J3●触／．3l●Mesh／J毫兰⋯一l冀：；：；·暑：二：蔫kSet