石家莊遠(yuǎn)洋工業(yè)泵有限公司

    渣漿泵作為固體物料水力輸送的動力源，廣泛應(yīng)用在冶金、采礦、水利和輕工等部門。由于輸送的介質(zhì)為固液混合物，其所面臨的問題也是比較突出的，諸如效率較低，磨蝕嚴(yán)重等。葉輪是固液兩相流離心泵內(nèi)磨損最嚴(yán)重的零件，而葉輪出口處又是葉輪中磨損最嚴(yán)重位置之一，磨損后的出口端部極薄，呈鋸齒狀。葉片工作面與后蓋板相交的棱角處有很深的條形溝紋。葉片非工作面上有凹凸不平的麻坑，但相對工作面磨痕較淺。葉片人口附近有帶形凹坑，個別凹坑很深甚至使后蓋板洞穿而導(dǎo)致葉輪失效。葉輪前后蓋板內(nèi)表面有顆粒滑痕，除靠近葉片工作面位置外，磨損較輕；外表面光滑、有均勻磨損痕跡。
    近十幾年來，國內(nèi)外多名學(xué)者投入了大量精力進(jìn)行離心泵葉輪磨損的研究，但他們基本上都是通過固體顆粒在葉輪中運動軌跡的分析和用數(shù)值分析的方法來研究葉輪的磨損。實際上，不管渣漿濃度的高低，離心泵葉輪內(nèi)的流場對顆粒分布和軌跡具有決定性意義。
    探求渣漿顆粒在離心葉輪內(nèi)部的運動和分布規(guī)律，是泵內(nèi)固液兩相流動研究和渣漿泵葉輪設(shè)計理論研究的基礎(chǔ)。研究兩相流動的運動軌跡、運動規(guī)律、固相濃度的分布、液相壓力的分布，對渣漿泵葉輪的合理設(shè)計，提高效率，減輕磨蝕有著關(guān)鍵的指導(dǎo)意義。近些年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算流體力學(xué)(CFD)正在越來越多地被用來進(jìn)行泵內(nèi)部流場的數(shù)值分析。其中，對于湍流二相流的研究一直是工程中的重要研究課題。近些年來也提出了很多多相流模型，推動了多相流的快速發(fā)展。
    筆者通過商業(yè)軟件FLUENT的使用，希望能夠通過FLUENT所具有的多相流模型來嘗試比較精確地模擬渣漿泵中的固液兩相流的流動規(guī)律，以便能夠比較精確地獲得渣漿泵葉輪內(nèi)部固體顆粒相的濃度分布。因為在渣漿泵的葉輪磨損中，除了汽蝕所造成的影響，固體顆粒對渣漿泵葉輪的磨損是造成泵的水力效率低下，使用壽命較短的主要原因。因而，如果能夠通過數(shù)值模擬的方法獲得比較精確的濃度分布，就可以大致了解葉輪磨損的主要區(qū)域，以便在今后的葉輪設(shè)計中加以改進(jìn)。
    對于固液兩相流動的數(shù)值模擬，目前通常采用兩種方法，即Euler和Lagrange方法。第一類是把顆粒看成是擬流體，認(rèn)為顆粒與流體是共同存在且相互滲透的連續(xù)介質(zhì)，兩相同在Euler坐標(biāo)下處理，即為連續(xù)流體模型。第二類方法是把流體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)，把顆粒當(dāng)作是離散體系，在Euler坐標(biāo)下考察流體相運動，在Lagrange坐標(biāo)下研究顆粒群的運動，即為顆粒軌道模型。筆者通過采用近些年來發(fā)展起來的以顆粒碰撞理論為基礎(chǔ)的顆粒動力學(xué)雙流體模型，來對于顆粒濃度較高的渣漿泵的葉輪內(nèi)部流動進(jìn)行數(shù)值模擬，以期研究其內(nèi)部的流動規(guī)律。