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渣浆泵固液两相三维湍流及其冲蚀磨损特性的研究.pdf 150页
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离心式渣浆泵是固液两相流体输送的关键性设备，广泛应用于采矿、冶金、
水利、电力及环保等行业。浆体中硬质固体颗粒的存在及其对渣浆泵的强烈冲蚀
磨损作用，导致渣浆泵使用中存在效率低及过流零件使用寿命短等突出问题。我
国是目前世界上主要的渣浆泵消耗国，但是我国渣浆泵的技术水平与先进国家相
比却存在较大差距，国产高端渣浆泵产品自给率仅为30％左右，与同类国外先进
产品相比，国产渣浆泵的效率普遍低50／o,-,15％，在同等工作条件下，国外渣浆泵
过流件的使用寿命比国内产品高出100／o-．．50％。
在渣浆泵的研究手段、设计理论与方法上取得突破是提升我国渣浆泵技术的
必要途径，针对我国目前渣浆泵技术与国际先进水平的差距和采用清水泵经验系
数法设计渣浆泵的局限性，本文基于固液两相流三维湍流理论，结合计算流体动
力学数值分析方法，通过对渣浆泵流场、固相颗粒冲蚀及泵过流零件磨损特性的
研究，提出几种典型过流结构渣浆泵设计和基于数值计算的性能预测方法，以期
为我国节能、低磨耗高性能渣浆泵研制提供依据，摆脱高端渣浆泵长期依赖进口
论文主要的研究内容和成果如下：
1、基于固液两相流理论的两流体模型，推导了离心式渣浆泵的基本方程式，
分析了基于固液两流体模型和离散相模型的离心式渣浆泵固液流动控制方程。
2、构建了具有复杂几何边界的离心式渣浆泵全流道三维计算网格模型。采
用有限体积法对渣浆泵流动控制方程进行离散化，采用SIMPLEC算法进行流场
计算，建立了渣浆泵全流道固液两相三维流动的计算流体动力学分析方法。提出
了渣浆泵全流道固液两相三维湍流场求解的欠松弛技术、步进求解方法和转速控
制求解法。为渣浆泵的数值模拟和其他固液两相流体机械的计算流体动力学分析
奠定了基础。
3、应用渣浆泵计算流体动力学分析方法，对离心式渣浆泵全流道内的固液
两相流动进行数值模拟。研究了渣浆泵内部固液两相压力场的规律及渣浆泵的扬
程、效率和汽蚀特性。提出了基于数值计算的渣浆泵扬程、效率计算公式及性能
预测方法。提出了节能渣浆泵过流零件的设计方法及实用数据，创新了渣浆泵叶
轮的设计手段。
4、综合运用机械学、计算流体动力学、摩擦学、材料学等学科的相关理论，
对渣浆泵过流件的磨损进行分析。采用数值模拟方法对渣浆泵内部的固相颗粒冲
的蚀行为进行研究；分析了叶片参数及浆体性质对固体颗粒冲蚀特性的影响规
律，对渣浆泵的磨损进行了预测；形成了低磨耗离心式渣浆泵叶轮设计方法及实
5、研究了渣浆泵过流零件的材料选用以及制造的铸造工艺、热处理工艺和
机械加工工艺，研制了实验用渣浆泵。通过离心式渣浆泵的实验，渣浆泵扬程、
效率、汽蚀和磨损性能等测试结果与数值模拟结果具有较好的一致性。
6、研制出高效率、低磨耗的250／200-ZJB型离心式渣浆泵，性能指标为：额
时，达到了同类国际先进渣浆泵产品的水平，并在工程应用中取得良好效果。
关键词：离心式渣浆泵，固液两相湍流，数值模拟，性能预测，冲蚀特性
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ZGB(P)系列渣浆泵是我厂针对除灰除渣工况特点，在多年渣浆泵设计制造经验基础上，广泛吸取国内外先进技术和研究成果，自行开发设计的新型产品。该系列产品具有结构合理、效率高、寿命长、可靠性高、维修方便、运行费用低等显著优点，广泛用于电力、冶金、矿山、煤炭、建材、化工等工业部门输送含有磨蚀或腐蚀性的渣浆，特别适用于电厂灰渣输送。
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