固相浓度对渣浆泵内部流动与磨损影响的数值模拟分析

本文探讨了初始固相浓度对渣浆泵内部流动及磨损影响的研究，采用Euler多相流模型和标准k-ε模型，通过SIMPLEC算法进行数值模拟，分析了不同固相浓度下的渣浆泵内部流场，包括叶轮和蜗壳的压力、速度和固相浓度分布，并对磨损情况进行了评估。 渣浆泵是广泛应用在煤炭、矿山等领域的固液混合物输送设备。其主要问题之一是过流部件的磨损，这直接影响设备的性能和安全性。初始固相浓度的变化会改变泵内压力、速度和固相浓度分布，从而影响磨损程度。通过使用计算流体力学（CFD）数值模拟，可以更准确、高效地理解和预测这些复杂流动现象，而无需昂贵的实验成本。 在该研究中，选择了一台设计流量为250m³/h，设计扬程为35m，叶片数为6，额定转速为1470r/min的渣浆泵作为研究对象。采用Tgrid（混合）网格进行网格划分，总网格数量达到60多万个，以确保模拟精度。研究人员设置了适应性的边界条件，包括不可压缩流体的恒定流动控制方程，以及泵的入口和出口条件。 在Euler多相流模型中，固液两相被视为独立的连续介质，分别考虑它们的动力学行为。标准k-ε模型则用于模拟湍流，k代表湍动能，ε表示湍动能的耗散率。SIMPLEC算法则用于求解流体动力学方程，它是一种半隐式压力链接法，能够有效地处理流体流动中的压力和速度耦合问题。 通过数值模拟，研究发现固相浓度的增加会导致叶轮和蜗壳内的压力波动增大，速度分布不均，固相浓度在某些区域可能显著增高，这些都加剧了磨损。特别是在高固相浓度下，颗粒与泵部件的碰撞次数增多，导致局部磨损严重。此外，流场的改变还可能影响泵的效率和稳定性。 为了更深入地理解磨损机制，还需要结合材料性质、颗粒形状和尺寸等因素进行分析。同时，优化泵的设计，如改进叶轮和蜗壳的几何形状，使用耐磨材料，或者引入防磨涂层，都可以减少磨损，延长设备寿命。 该研究揭示了初始固相浓度对渣浆泵内部流动和磨损的显著影响，为渣浆泵的设计和维护提供了理论依据。通过数值模拟，可以预测和控制磨损过程，有助于提高渣浆泵的工作效率和可靠性，降低运行成本。