深海采矿矿浆泵固液两相流数值计算及分析.pdf

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1、第31卷第9期计算机仿真2014年9月文章编号：1006—9348(2014)09-0432—04深海采矿矿浆泵固液两相流数值计算及分析徐海良，陈奇，吴波(1．中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083；2．中南大学机电工程学院，湖南长沙410083)摘要：在深海采矿的矿浆泵结构优化设计问题的研究中，针对大洋多金属结核采矿系统中矿浆泵易磨损等问题，基于欧拉一欧拉理论模型，采用SMPLEC算法及RNGK一8湍流模型，对矿浆泵首级叶轮及空间导叶内固液两相流进行数值计算及分析，研究颗粒粒径及颗粒体积分数对矿浆泵内颗粒流动规律及磨损特性的影响。结果

2、表明：颗粒粒径越大，颗粒逐渐向叶片压力面出口处聚集，与导叶吸力面发生冲击的位置逐渐移向导叶头部，颗粒与叶片压力面及导叶压力面发生冲击的速度及角度也越大，降低矿浆泵的抗冲蚀磨损能力；颗粒体积分数越高，颗粒有向叶片压力面进口处及导叶吸力面进口处聚集的趋势，空间导叶流道内颗粒流动愈加絮乱。上述研究为优化矿浆泵高层设计提供依据。关键词：深海采矿；矿浆泵；空间导叶；固液两相流；数值计算中图分类号：TP391．9文献标识码：BNumericalCalculationandAnalysisofSolid-LiquidTwo-PhaseFlowinSlurryPumpfo

3、rDeep-SeaMiningXUHai—Liang，CHENQi，WUB0(1．StateKeyLaboratoryofHigh-performanceComplexManufacturing，CentralSouthUniversity，ChangshaHunan410083，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，CentralSouthUniversity，ChangshaHunan410083，China)ABSTRACT：Asslurrypumpfordeep-seaminingi

4、seasytowear，basedontheEuler—Eulertheoreticalmodel，theSIMPLEalgorithmandRNGK-fi：turbulencemodelwereusedtocalculateandanalyzethesolid——liquidtwo—-phaseflowinthefirstimpellerandvaneddiffuserofslurrypump．Theeffectsofparticlediameterandsolidvolumefrictionimpactonwearcharacteristicsandp

5、erformanceofslurrypumpwereresearched．Theresultsshowthatwiththein—creaseofparticlediameter，particlesgraduallygathertotheoutletofpressuresideofblades，particleimpactonthelocationofthesuctionsideofvaneddiffusergraduallymovestowardsthestartside，andparticleimpactvelocityandimpactangleal

6、soincrease，whichreducestheanti-erosionabrasionperformanceofslurrypump．Withtheincreaseofsolidvolumefraction，theparticleshaveatendencytogathertothestartsideofpressuresideofbladesandsuctionsideofvaneddiffuser，andparticlesflowinthepassageofvaneddiffusermoredisorderly．KEYWORDS：Deep—sea

7、mining；Slurrypump；Vaneddiffuser；Solid—liquidtwo—phaseflow；Numericalcalculation1引言中国已研制出深海采矿矿浆泵，其结构形式均为节段式多随着世界工业的高速发展，陆地资源日益枯竭，深海作级离心泵。OMI财团于1978年在太平洋3000m深的海底采为地球上最后一块未开发的区域，蕴藏着丰富的矿产资源。用德国KSB公司生产的矿浆泵成功采集到800t锰结核，但从上世纪初开始，世界各国对深海海底多金属结核开采技术因该泵的磨损破坏而停止采矿J。由此可见，矿浆泵存在易进行了广泛的研究，普遍认为矿浆

8、泵水力管道提升系统最具磨损，磨损后维修及更换困难等问题，因此需要对