泥泵磨损与汽蚀的数值模拟分析

应用FLUENT软件对疏浚工况下泥泵的固液两相流进行了数值模拟分析,研究了不同泥砂粒径和不同泥砂浓度下泥泵内的泥砂颗粒和压力分布,探讨了泥泵内磨损与汽蚀现象的发生与变化规律。结果表明：泥泵工作时为非均匀磨损,泥砂主要集中分布在叶片的非工作面和泵壳的圆周方向,这些部位的磨损比其他部位严重;泥泵汽蚀主要发生在叶轮非工作面进口附近和分流舌附近,且泥砂浓度越低,其产生汽蚀现象也越多。     

大型离心式泥泵叶轮磨损特性研究

文章应用欧拉-拉格朗日法计算离心式泥泵固液两相流流场,研究了泥泵叶轮表面的磨损规律。结果表明,随着泥沙浓度增加,叶轮表面的磨损值相应增加;叶轮的磨损最小值出现在高效区域;泥泵在高效区运行,叶轮磨损值较低。该方法对离心式泥泵的叶轮的优化设计和使用寿命分析有一定参考价值。     

疏浚工程中珊瑚礁碎块管道输送临界流速数值研究

以疏浚过程中珊瑚礁碎块在管道内固液两相流的运动规律为背景,通过建立流固耦合数值分析模型,研究珊瑚礁碎块密度、粒径以及浆体浓度对水平管道输送过程中固体颗粒的动力特性。结果表明:珊瑚礁碎块密度与粒径越小、浆体浓度越大,碎块颗粒的临界流速越小;珊瑚礁碎块密度与粒径越大、浆体浓度越小,碎块颗粒需要的临界流速就越大。基于数值计算结果,拟合珊瑚礁碎块临界流速计算公式,并利用数值计算结果对该公式进行验证,其平均误差在15%以内。     

切向射流对垂直管旋流载料输送的影响特性

为了提高非球形颗粒垂直液压输送系统的效率和安全性，采用一种新型带切向射流入口的管道输送系统。基于计算流体力学-离散元法（CFD-DEM）耦合方法，采用改进的非球形曳力系数模型对液固两相流动特性进行分析。研究不同切向流动比例对不同形状颗粒浓度和曳力的影响。根据颗粒的浓度来衡量输送效率，依据颗粒的曳力来评估输送安全性。结果表明：在旋流作用下，不同形状颗粒之间的浓度间隙和轴向阻力间隙减小，颗粒浓度增大，各组分颗粒混合输送均匀。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。     

绞吸式挖泥船产量有关问题的探讨

首先分析了疏浚工程中原位土的孔隙率对计量产量的影响,给出了原位土孔隙率与密度、密度与体积浓度的关系,结合具体算例,分析了原位土的粒径与当量排距对泥泵产量与运行状况的影响,归纳了输送典型土质的运行特性。结果表明,原位土的孔隙率与密度对计量产量影响巨大,分析与结论可定性了解泥泵运行特性,并供相关疏浚作业参考。     

LNG船液舱预冷中甲烷双液滴自然对流传热特性分析

针对液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船液舱喷雾预冷过程中上下垂直的双液滴在自然对流条件下同种蒸汽中液滴之间影响研究的欠缺，运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法，基于气液界面能量守恒原理，对不同温差、粒径和相对距离条件下甲烷双液滴自然对流传热特性进行分析。研究结果表明：液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随温差10～190 K的增大而线性增大；液滴表面热流密度随粒径0.1～2.5 mm的增加先快速减小后缓慢减小，传热量和质量蒸发率随粒径的增加而快速增加；上液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随相对距离10～70的增加基本不变，下液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随相对距离10～70的增加而缓慢增加。     

基于CFD-DEM方法的不同弯径比弯管中气固两相流动特性

为了研究不同弯径比弯管对气固两相流动特性的影响,采用计算流体力学CFD和离散单元法DEM耦合,对聚乙烯颗粒在不同弯径比水平-弯管输送中的运动特性进行数值模拟及试验验证.基于Eulerian坐标体系的κ-ε紊流模型,采用RANS方程对管内气流流场进行求解,并针对颗粒在管中的运动规律采用EDEM中Eulerian坐标法进行分析,将该CFDDEM耦合并行模型应用于气固两相流动的数值模拟中,定性分析颗粒的运动轨迹,定量分析颗粒碰撞数,体积分数和气体速度分布.结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟气固两相流动行为,随着弯管弯径比的增大,弯管中颗粒受到的离心力作用时间增长,并且不容易发生分散,同时,弯管中颗粒的碰撞数量增加;在竖直管中,颗粒首先沿管壁外侧分布,然后向内侧移动,最后沿管中心对称分布;弯管中的气相速度呈现内侧高于外侧的情况.     

砂性土粒径与水力式疏浚施工输送产量的关系

砂性土输送生产率计算需要较为复杂的过程,其涉及泥泵特性、管路布设信息、驱动功率、天然土密度、沉降流速等数据,且往往其中部分量难以准确获取。为此,专门针对砂性土粒径对输送的影响进行研究,依据浆体管路输送原理,对疏浚施工水力式挖泥船砂性土输送生产率限制条件进行分析,得到简化的砂性土生产率计算方法,在已知某种砂性土粒径的情况下,可直接求出输送生产率,而不必经过泥泵特性曲线、管路曲线求取等复杂过程,该方法可为疏浚工程生产预测提供参考。     

限制水域下喷水推进器水动力特性研究

本研究采用数值模拟方法对无限水域和限制水域中喷水推进装置的水动力特性进行对比分析，开展不同水深条件下喷水推进器进流特性、进口流道效率和推进泵水力特性研究，并据此评估开式循环水槽环境下水槽侧壁和底面限制对喷水推进装置水动力性能的影响。数值计算结果表明：限制水域下喷水推进船底部和水槽底面间水流因阻塞效应使速度增加产生回流，水槽侧壁对自由液面兴波产生反射，随着水深减小，流道进口获流区平均轴向速度明显增加；不同水深吃水比下，进水流道出口非均匀度增加，但进口流道效率变化不大；相比于无限水域条件，限制水域中推进泵流量系数、扬程系数和泵效率的预报结果偏高1%～2%。