精确微分方程与CFD模拟：矿井泥浆泵阀流场特性研究

本文主要探讨了矿井泥浆泵泵阀流场的数值分析，通过对泵阀精确微分方程的运用，结合计算流体动力学（CFD）方法，对泵阀在11种不同的工作工况下进行了详细的仿真建模。该研究关注的是阀瓣在开启和关闭过程中的运动特性以及阀腔内部的流速分布。 首先，作者基于吸入阀的工作原理，阐述了泵阀如何在大气压力的作用下打开和关闭，涉及到阀座、阀瓣和弹簧等组件的动态交互。为了精确描述这种运动，文章引用了德国阿尔道夫在1968年提出的阀瓣运动精确微分方程，这是一种近似求解高速往复泵阀运动规律的有效工具。 通过数值模拟，研究发现阀腔内的流速受到多种因素的影响。随着泵阀开口度的增大，流速会减小；而随着阀瓣上升速度的增加，流速相应地增大。流速在泵阀从入口向出口的方向呈现出递增趋势。在泵阀开启阶段，由于动态变化，流速并不稳定，但关闭过程中，流速呈现明显的增长趋势，且增长速率越来越快。 值得注意的是，靠近阀瓣侧的流速通常大于阀座侧，这反映了流体动力学中的局部涡旋和压力分布特性。此外，当流速到达阀瓣底部中心区域时，流速几乎降为零，表明此处可能存在一个静止区或者低速区。 这些数值分析的结果为理解泵阀失效机制提供了重要的理论依据，尤其是对于冲蚀磨损、疲劳损坏和固体颗粒磨损等问题。当前的研究工作弥补了以往对阀瓣运动特性和特定开口度下流场分析的不足，有助于优化泵阀设计，提高泵的性能和使用寿命。 总结来说，本文通过精确的数学模型和CFD技术，深入剖析了矿井泥浆泵泵阀的动态行为和内部流场特性，为改进泵阀设计和延长其使用寿命提供了科学依据。