旋流泵内液固两相流场的CFD-PBM耦合计算.pdf

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1、２０１４年第４２卷第４期流体机械２３文章编号：１００５－０３２９（２０１４）０４－００２３－０５旋流泵内液固两相流场的ＣＦＤ－ＰＢＭ耦合计算钱姜海，杨敏官，曹彦松，高波，王浩宇（江苏大学，江苏镇江２１２０１３）摘要：为获得旋流泵内更为符合物理真实的液固两相流动特征，在传统欧拉（Ｅｕｌｅｒ）双流体模型基础上加载群体平衡模型（ＰＢＭ），以考虑实际存在的颗粒聚并、破碎等动力学行为，与ＣＦＤ耦合计算了不同流量、颗粒粒径及浓度下的液固两相流场，分析了颗粒存在对泵外特性的影响规律。计算结果表明：从进口到出口，叶片背面附近颗

2、粒粒径明显增大；在叶轮出口位置，同一半径上，从叶片工作面到背面附近存在粒径梯度；在外缘部，沿轴向形成粒径梯度。与Ｅｕｌｅｒ模型计算结果对比发现：加载ＰＢＭ模型后，颗粒总体浓度分布特征存在差异；同一轴截面上，颗粒浓度在中心部的分布基本相同，而在中间和外缘部位置出现差异。ＰＢＭ模型计算得到的泵扬程、效率曲线更接近于实验值，证明基于ＣＦＤ－ＰＢＭ耦合计算的预测精度更符合实际。关键词：旋流泵；欧拉双流体模型；群体平衡方程；颗粒分布中图分类号：ＴＨ３；ＴＱ０２７．３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０

3、０５－０３２９．２０１４．０４．００５ＣＦＤＰＢＭＣｏｕｐｌｅｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎＬｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄＴｗｏｐｈａｓｅＦｌｏｗＦｉｅｌｄｉｎａＶｏｒｔｅｘＰｕｍｐＱＩＡＮＪｉａｎｇｈａｉ，ＹＡＮＧＭｉｎｇｕａｎ，ＣＡＯＹａｎｓｏｎｇ，ＧＡＯＢｏ，ＷＡＮＧＨａｏｙｕ（ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｐｈｙｓｉｃａｌｒｅａｌｉｔｙｏｆｌｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔ

4、ｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎａｖｏｒｔｅｘｐｕｍｐ，ａｓｅｄｏｎｔｈｅＥｕｌｅｒＥｕｌｅｒｔｗｏｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌ，ｌｏａｄｉｎｇｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｂａｌａｎｃｅｍｏｄｅｌ（ＰＢＭ）．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅａｎｄｂｒｅａｋａｇｅ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｌｉｑｕｉｄｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｒａｔｅ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎｄｖｏｌｕｍｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌ

5、ｅｓ，ａｎｄｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｖａｒｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：Ｆｒｏｍｉｍｐｏｒｔｔｏｅｘｐｏｒｔ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｎｅａｒｔｈｅｂａｃｋｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ；ｉｎｉｍｐｅｌｌｅｒｅｘｉｔｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓａｍｅｒａｄｉｕｓ，ｆｒｏｍｔｈｅｂｌａｄｅｔｏｎｅａｒｔｈｅｂａｃｋｆｏｒｍｒｅｖｅｒｓｅｄｉａｍｅｔｅｒｇｒａｄｉｅｎｔ；ｉｎｔｈｅｏｕｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，ｆｏｒｍ

6、ｉｎｇｒｅｖｅｒｓｅｄｉａｍｅｔｅｒｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌ．ＣｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈＥｕｌｅｒＥｕｌｅｒｔｗｏｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｔｓ，ａｆｔｅｒｌｏａｄｉｎｇＰＢＭｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｏｔａｌｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅｘｉｓｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ；ｉｎｔｈｅｓａｍｅｓｈａｆｔｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｔ

7、ｈｅｓａｍｅｉｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒ；ｂｕｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｏｕｔｅｄｇｅｌｏｃａｔｉｏｎａｐｐｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．ＰＢＭｍｏｄｅｌｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｐｕｍｐｈｅａｄａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｍｏｒｅｃｌｏｓｅｒｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅ，ｐｒｏｖｉｎｇｔｈａｔＣＦＤＰＢＭｃｏｕｐｌｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｏｒｔｅｘｐｕｍｐ；ｅｕｌｅｒｔｗｏｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌ；ｐｏｐｕｌａｔｉ

8、ｏｎｂａｌａｎｃｅｍｏｄｅｌ；ｐａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ１前言碰撞而产生聚并、破碎等动力学行为，因而不能准确描述颗粒的粒径、浓度等空间分布。旋流泵因通过性强、耐磨性好等优势，广泛应为了提高模拟精度，本文在Ｅｕｌｅｒ双流体模用于固体颗粒、长纤维物等介质的输运，由此而形型基础上引入群体平衡模型（ＰＢＭ）模型，建立颗成的内部液固两相流场及固相存在对泵性能影响粒行为和宏观属性的联