潜水搅拌机射流特性研究-论文.pdf

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1、第35卷第3期宁夏大学学报(自然科学版)2014年9月Vo1．35No．3JournalofNingxiaUniversity(NaturalScienceEdition)Sep．2014文章编号：0253—2328(2014)03—0221—08潜水搅拌机射流特性研究田飞，施卫东。，徐磊，邵佩佩。(1．江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212013；2．江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘要：为深入研究潜水搅拌机的流场特性，采用三维建模软件Pro／E建立三维实体模型，在FLUENT6．3大型计算流体力学软

2、件平台上，采用非结构化四面体网格，利用动坐标系技术、肛￡湍流模型和SIMPLE算法，并且自由液面采用刚盖假定处理，对WJ型潜水搅拌机进行了全流场模拟，分析了搅拌水池内部流体速度、轴向速度、径向速度、周向速度沿径向的规律，及速度沿轴向的衰减规律，总结流场规律．计算结果表明：搅拌水池内流体轴向速度、速度沿径向分布为高斯分布；搅拌水池内流体最大轴向速度沿轴向衰减以双曲线形式衰减；潜水搅拌机搅拌流场具有明显的射流特性．该研究结果为潜水搅拌机的叶轮设计提供了理论依据，为深入研究潜水搅拌机设计制造的关键技术提供了参考，同时对工程实践有一定的指导意义

3、．关键词：潜水搅拌机；流场分析；数值模拟；刚盖假定；射流特性分类号：(中图)$277．9；X703．3文献标志码：A潜水搅拌机是近三十年才出现的一种用于污水并进行规模化生产[1]．处理的搅拌机械．20世纪7O年代后期，ITT公司推本文主要对目前使用且应用较为广泛的出了世界上首款潜水搅拌机．随后，国外许多企业，wJ0．75-4-210，WJ1．5-8-368，WJ4．0—12-620三种如丹麦格兰富公司、瑞典ABS公司、瑞士苏尔寿公潜水搅拌机进行性能预测和动力学特性研究，总结司、德国KSB公司和ITT公司等均投入大量人力潜水搅拌机的流场特

4、性，为深入研究潜水搅拌机设财力开发研制潜水搅拌机，但是技术还处于保密阶计制造的关键技术提供了参考．段，没有公开．我国自20世纪90年代中期才开始研究并生产潜水搅拌机，早期的潜水搅拌机基本都是1研究对象进口产品．近十年，一些大企业引进国外技术，投入较大精力，对潜水搅拌机开展研究，同时对国外产品选取较为典型的3款wJ潜水搅拌机，搅拌机进行改进设计或叶片切割，从而形成了一系列产品，参数及搅拌尺寸见表1，潜水搅拌机模型见图1．表13种潜水搅拌机设计与性能参数2数值模拟设置星誓茎募2．1网格无关性分析计算区域主要包括潜水搅拌机叶轮和水池．在CFD

5、计算中，当网格数量达到某个数值后，由于潜水搅拌机叶片扭曲很严重，且搅拌机叶收稿日期：2013一i0—31基金项目：南水北调工程大型轴流泵转轮叶顶泄漏涡的空化机理研究(2011M500117)；江苏大学高级专业人才乖b研启动基金资助项目(13JDG029)作者简介：田飞(1981一)，女，讲师，博士，主要从事流体机械研究．第3期田飞等：潜水搅拌机射流特性研究223查阅文献可知，水池表面的边界处理方法中：无壁对流体的阻挡与冲击，水流又向水池中部流动，滑移Wall壁，数值模拟时最难收敛，计算时间较长；从而发生了转折．VOF模对计算机的配置要求

6、较高，占计算内存较对速度与Y进行如下无量纲处理，设‰，分多；刚盖假定易收敛，对计算机配置要求比VOF模别为截线上最大速度和最大轴向速度；‰为最大速度型低，计算较为方便．对应的Y值；．为最大速度的一半，又称为速度半值；由于污水处理池内自由表面为起伏不大的液．s为速度半值对应的Y值与‰的差值．为了方便，以面，故计算时选取刚盖假定来处理自由液面．无量纲形式f横坐标为，纵坐标为1进行绘2．3其他设置、Yo．5Vmax，由于潜水搅拌机叶轮材料为不锈钢，故搅拌机搅图(图5)．图5中，w．J0．75—4—210潜水搅拌机搅拌的水拌轴及搅拌叶片表面均采

7、用无滑移壁面边界条件，粗池内，除去离潜水搅拌机较近的100mm的截线外，在糙度设为0．25mm；水池壁面为水泥壁面，粗糙度设一5<<3时，离散的点分散在曲线附近，尤为0．5mm；搅拌叶片、搅拌轴设置为与电机相同的转速．内外子域的接触面设为interface类型，以保证计其是在一0．5<—yn—Y~x<3，离散的点几乎与曲线重算过程中内外子域之间相互耦合E7-13]．合．同时，一5<—yw—Y~x<3时，存在如下关系：yo．53各类速度分布规律_o．exp[一()。]一分别对明0．75-4-210，WJ1．5-8—368，WJ4．0—12

8、—620潜水搅拌机搅拌水池内部时，流体的速度、轴。．o3723e冲[一(气)]，向速度、径向速度、周向速度U沿径向Y的分(3)布规律及速度沿轴向的衰减规律进行研究，总结式中，修正系数为o．986，大于0．9