离心式纸浆泵内部流动的数值模拟

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

纸浆泵在造纸工艺流程中有着举足轻重的地位，而中浓浆泵凭借其环保、高效、低能耗的特点已越来越成为研究焦点和发展趋势[1-2]。国外对于纸浆泵的研究起步较早，研制的纸浆泵具有较高的性能指标[3-5]。国内学者对纸浆泵也开展了相关研究，李红等[6-8]综述了低浓纸浆泵的结构原理和性能特点，并采用双流体模型、双方程湍流k-e模型对低浓纸浆泵进行了数值模拟及试验研究，证明了少叶片半开式 叶轮输送两相流介质的优点所在。陈克复n]、陈奇峰[g 。采用基于有限元法的 CFD技术，对于中浓纸浆进行了研究，对不同类型的离心式中浓浆泵结构进行了探讨。黄烈群等[11]将纸浆简化为固体颗粒/清水均匀混合的两相流介质，对-螺旋式纸浆泵内部流动进行数值模拟，采用RNG肛e模型，人口和出口边界给定湍流参数、水力直径，所得的数值结果与实验值基本-致。但中国在离心式纸浆泵的设计研究方面，由于受到各种因素的限制，其水力部件的设计主要是参考清水泵的设计方法，再根据浆料特点加以修正，设计时必须依靠大量的经验数据，而设计出来的纸浆泵与国外存在明显的差距，并且对于浓纸浆泵内部流动的研究涉及较少。

离心泵在偏离设计流量工作时，叶轮内的流动状态会变得十分复杂[i2-13]，特别在小流量工况下，会发生回流，流动不稳定。回流的产生对泵的运行造成诸多不利，同时复杂的流动状态也大大降低了泵性能预测的精度。因此，本文以离心式纸浆泵为研究对象，在小流量工况下，分别以清水和固体颗粒/清水为介质，对纸浆泵内部流动进行数值计算，分析不同流量工况及介质对泵内流体速度、压力分布特性和体积浓度分布的影响，并进行性能预测，以揭示离心式纸浆泵内部流动规律。

1 计算模型与数值方法本文中离心式纸浆泵在输送清水条件时，其主要设计参数有：转速2 350 r/min，流量110 m。/h，扬程 120 m。模型泵的比转速56.95，属于低比转速离心泵。模型泵的叶轮为半开式离心叶轮，主要的几何参数如表 1所示。图 1为离心式纸浆泵过流部件收稿日期：2O12-l1-19基金项目：国家 自然科学基金资助项目(21076198，50976105，51276172)浙江省自然科学基金资助项目(R1100530)作者简介：贾晓奇(1987-)，男，浙江嘉兴人，硕士研究生，主要从事流体机械及工程的研究。

通信作者：崔宝玲 ，电子邮箱：blcui###zstu.edu.cn第4期 贾晓奇等：离心式纸浆泵内部流动的数值模拟 519[1O]陈奇峰，陈克复，杨仁党，等.基于 CFD的中浓纸浆悬浮液在变径管内流动的数值模拟EJ].中国造纸学报，2004，19(2)：96-98。

El1]黄烈群，袁 静，陈义红，等.螺旋式纸浆泵内部流动的数值模拟EJ].机电工程 ，2007，24(12)：5O-52，95。

[12]王乐勤，刘锦涛，张乐福，等.水泵水轮机泵工况小流量波动特性[J].浙江大学学报：工学版，2011，45(7)：1239-1243。

[13]张学静，杨军虎.小流量工况下离心泵的性能预测研究[J].节水灌溉，2011(5)：17-19。

Numerical Simulation of Internal Flow in Centrifugal Pulp Pump 。

JIA Xiao-qi ，CUI Bao-ling ，CHEN De-sheng ，HUANG De-shah(1.Provincial Key Lab of Fluid Transmission Technology Research，Zhej iang Sci-Tech University，Hangzhou 3 1 00 1 8.China；2.Hangzhou Proj ect& Research Institute of Electro-Mechanicin Light Industry，Hangzhou 310004，China)Abstract：To study the internal flow features of centrifugal pulp pump under small flow working con-dition。this paper conducts three-dimensional incompressible two-phase turbulence flow computing for in-ternal flow in a centrifugal pulp pump with Mixture muhiphase flow and compares with the calculation re-suh under fresh water WOrking condition；conducts contrastive analysis on the influence of different flowworking conditions and mediums on fluid velocity in the pump，pressure and volume concentration distri-bution and predicts the hydraulic performance；finds that the velocity change in impeller passage of pulppump is nonuniform and there is a large area of backflow；with the same medium，the smaller the flow，the more unstable the internal flow in impeller passage；under the same working condition，the flow withfresh water medium is more stable than two-phase flOW；the lift and efficiency of pump under two-phaseflow are lower than that under fresh water medium；pulp distribution is nonuniform locally and its concert-tration in the root and on the top at the entrance on the blade surface，which is easy to cause local abrasionand reduce the life of impeller。

Key words：centrifugal pulp pump；numerical simulation；two-phase flow；performance prediction(责任编辑：张祖尧)