后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化-IngentaConnect.pdf

第 30 卷 第 11 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.11 76 2014 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2014 后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化 施卫东，邢 津，张德胜，陈刻强，程 成 （江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江 212013 ） 摘 要：针对轴流叶轮在污水固液两相流介质中的磨损问题，该文设计了不同后掠式叶轮结构方案进行优化设计， 分别对后掠角度为 40° 、65°、90°的后掠叶片和原型叶片进行固液两相流数值模拟和试验对比，并分析了不同后掠 方案叶轮内固体颗粒的分布特性。数值模拟结果表明，随着后掠角度的增加，叶片压力面固相体积分数会逐渐减 少，而叶片吸力面上固相体积分数会先增加后减小，叶轮内固相的径向流动越明显并且叶片后掠角度越大，固相 就越难与叶片压力面接触，而越易与叶片吸力面接触；颗粒直径越大，后掠叶片压力面上固相体积分数越大，而 叶片吸力面进口边靠近轮毂处的固相体积分数增加；颗粒浓度越大，后掠叶片压力面上固相体积分数减少，叶片 吸力面上固相体积分数增加。当优化后的后掠叶片角为 90°时，该叶片结构优化了固体颗粒的分布，可大幅降低 叶片轮缘处的磨损，提高了轴流叶轮在污水介质中的使用寿命和运行可靠性。 关键词：泵；数值方法；优化；固液两相流；后掠叶片 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.11.010 中图分类号：TH312 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-11-0076-07 施卫东，邢 津，张德胜，等. 后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化[J]. 农业工程学报，2014，30(11)： 76－82. Shi Weidong, Xing Jin, Zhang Desheng, et al. Numerical simulation and optimization of solid-liquid two-phase turbulent flow in back swept axial pump[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(11): 76 －82. (in Chinese with English abstract) [8] 加了径向速度。陈洪胜等 研究了风力机叶片后掠 0 引 言 对径向流动的影响，同样也发现后掠式叶片的径向 中国城市污水处理用泵的需求量每年均在递 流动更为显著。Larwood S M 等[9]研究了后掠风机 增，尤其是对污水轴流泵需求快速增加，但是目前 叶片上的载荷和动态性能，发现后掠叶片可以减小 轴流泵叶轮的设计都是以清水介质为前提，这会导 叶片上的动态载荷。 致在泵实际的运行中，叶轮磨损严重，并容易发生 随着计算流体力学的迅速发展和应用，泵内固液 叶轮缠绕和流道堵塞等问题[1-4] 。因此有必要对现有 两相流的数值模拟发展迅速，目前泵的两相流数值计 轴流泵进行耐磨性的优化设计，以适应实际输送污