《介觀和巨觀尺度的粗顆粒兩相流泵內流機理研究》是依託江蘇大學，由劉厚林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：介觀和巨觀尺度的粗顆粒兩相流泵內流機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉厚林
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬採用多場同步測試、LES-DEM數值計算和理論分析相結合的方法，從介觀和巨觀兩個尺度深入研究泵內粗顆粒固液兩相流機理。. 探索採用3D列印技術製備不同物性的粗顆粒，同步採用三維PIV測試、高速攝影和動態壓力測試等對泵內粗顆粒兩相流進行多尺度測量；構建顆粒群模型解決流體計算與顆粒計算間格線尺度匹配的難題；引入離心力和科氏力改進DEM軟球模型，建立一種適用於泵內粗顆粒兩相流計算的LES-DEM聯合模式；探究葉輪與壓水室動靜干涉作用下液相湍流結構變化對粗顆粒流型和流動穩定性的作用機理；研究顆粒間碰撞、破碎及群集行為對液固相間作用和能量傳遞過程的影響規律；揭示粗顆粒物性參數和泵主要結構參數與粗顆粒固液兩相流動結構間的內在聯繫和量化關係，建立泵平穩運行時固液兩相防堵平衡判定準則。. 項目旨在系統掌握泵內粗顆粒固液兩相流機理，為粗顆粒兩相流泵的發展提供試驗數據和理論基礎。
結題摘要
粗顆粒兩相流泵送廣泛套用於深海採礦、填海造島、污水處理和泥沙清淤等重要領域。本項目力圖掌握泵內粗顆粒固液兩相流的流動機理，豐富固液兩相流泵的內流理論，從而為深海採礦揚礦泵等關鍵設備的設計提供理論基礎。本項目的主要研究內容和成果如下。 （1）建立了粗顆粒在泵內的受力模型和運動方程。針對泵內固液兩相流動，分析了顆粒在泵內受力情況，建立了顆粒受力模型；通過對不同顆粒所受各種力的量級分析分別建立了泵內細顆粒和粗顆粒運動學方程。 （2）搭建了泵內粗顆粒固液兩相流多場特性的同步測試試驗台。設計了全透明粗顆粒固液兩相流模型泵，搭建了粗顆粒固液兩相流泵多場性能同步測試試驗台，實現了能量性能、壓力脈動、顆粒軌跡和碰撞特性等同步測試，並開發了一種粗顆粒固液兩相流高速攝影圖像的後處理方法，可直接得到顆粒運動軌跡。 （3）採用高速攝影測試了泵內粗顆粒固液兩相流動的規律。研究發現在進口條件基本相同的情況下，顆粒絕對和相對運動軌跡的包角均先減小後增大；葉輪進口及泵出口處顆粒濃度均較高，葉片工作面顆粒濃度比葉片吸力面的要高，且顆粒靠近葉片工作面的趨勢較為明顯。 （4）基於CFD-DEM耦合計算對泵內粗顆粒固液兩相流進行了數值模擬和分析。研究發現粗顆粒在葉片工作面的運動速度比在葉輪背面的大，且沿葉輪徑向均逐漸增大；蝸殼內粗顆粒在隔舌下游及隔舌附近的運動速度最大。 （5）研究了粗顆粒不同物性參數對泵內粗顆粒固液兩相流動的影響規律。研究隨著顆粒粒徑、顆粒密度和顆粒體積分數的增大，泵揚程和效率均逐漸降低；且隨著顆粒粒徑的增大，顆粒相對運動偏向葉片工作面的趨勢越明顯；隨著顆粒密度的增大，顆粒相對運動越易與葉片工作面發生碰撞或摩擦。 本項目發表論文15篇，其中SCI檢索8篇、EI檢索2篇；授權發明專利2件，申請發明專利1件；獲江蘇省科技進步一等獎1項；培養碩士研究生4名、博士研究生1名。
