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疏浚泵内泥沙颗粒的瞬态追踪数值方法

2022-06-07刘明明胡京招洪国军尤云祥

上海交通大学学报 2022年5期

疏浚泵通过泵送泥沙浆实现土石的不间断输送,广泛用于河湖底泥清淤、围堰造陆等作业,是一种重要的工、农业施工机械.泥沙颗粒轨迹对疏浚泵内流动及流道面磨损影响重大,是研究泵内流动以及提升泵性能和寿命的重要依据,也是近年来疏浚泵数值研究的热点.相较于用欧拉方法描述的粒液(Eulerian-Eulerian, E-E)求解策略,Eulerian-Lagrangian (E-L)耦合求解策略,即以Eulerian方法求解液相流场,以Lagrangian方法求解粒子运动的方法,具有能够得到每个颗粒速度、位置等信息的优势,常用于求解粒-流两相流动问题中的颗粒速度与分布情况.一些流体计算软件中集成了E-L颗粒追踪算法,如ANSYS Fluent中的离散相模型(Discrete Phase Model, DPM)、浓离散相模型(Dense DPM, DDPM)、ANSYS CFX 中的固粒输送(Particle Transport Solid, PTS)模型等,这些模型简化表征了颗粒碰撞作用或直接将其忽略,被用于叶轮机械的“非瞬时运动域”内粒-流两相流动及颗粒轨迹研究,得到许多有价值的结论.吴波基于Fluent DPM研究了粒径、叶片参数及转速等因素对渣浆泵内颗粒相对运动轨迹、撞壁速度及角度的影响.Pagalthivarthi等使用DPM双向耦合法研究了离心泵蜗壳内的稀疏颗粒运动以及流量、转速及蜗壳几何尺寸等因素对磨损程度的定性影响.李亚林等使用DPM研究泵内粒子对流体的跟随性,发现直径大于50 μm的粒子在泵内跟随性受密度影响较大,而20 μm左右的聚苯乙烯粒子跟随精度较高.Peng等基于稳态的粒-水两相数值计算,分析了混流式水轮机内转轮叶片和导叶磨损程度与运行工况的对应关系.邹伟生等使用……

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