基于CFD-DEM的旋流泵混合顆粒固液兩相流研究

高雄發(fā) 郜 聰 張德勝 施衛(wèi)東,3 施 亞 王家斌

(1.江蘇大學流體機械工程技術(shù)研究中心, 鎮(zhèn)江 212013; 2.江蘇大學流體機械溫嶺研究院, 溫嶺 317500;3.南通大學機械工程學院, 南通 226000; 4.山東雙輪股份有限公司, 威海 264200)

0 引言

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,伴隨著城鎮(zhèn)化進程,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的排放量越來越多,因此,無堵塞泵的需求越來越大[1]。旋流泵,作為一種無堵塞泵,其結(jié)構(gòu)不同于一般離心泵,葉輪位于泵腔一側(cè),或退縮至泵腔后方的腔體內(nèi),沒有葉輪的一側(cè)稱為無葉腔。由于無葉腔的存在,葉輪旋轉(zhuǎn)時,泵腔內(nèi)同時形成循環(huán)流和貫通流。這使得泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜,而且循環(huán)流會影響進口來流。循環(huán)流的存在,使得大部分介質(zhì)隨著循環(huán)流從無葉腔側(cè)流出,不經(jīng)過葉輪,因此通過性能較好[2-5]。但是,旋流泵的工作效率遠低于其他型式的葉片泵,且在輸送含有較多大顆粒和長纖維介質(zhì)時,容易出現(xiàn)半堵塞現(xiàn)象[6-7]。近年來,國內(nèi)外學者對固液兩相流泵進行了大量研究,尤其是在固液兩相CFD(計算流體力學)數(shù)值模擬和試驗研究方面。文獻[8-10]結(jié)合理論與工程實際,將CFD-DEM(計算流體力學-離散單元法)算法應(yīng)用在攪拌器中,分析了顆粒屬性對混合動力學的影響,并通過試驗證明該方法在旋轉(zhuǎn)機械模擬中具有一定可靠性。文獻[11]將DEM-CFD方法應(yīng)用在旋流泵的數(shù)值模擬中,結(jié)合固液兩相流試驗,研究固體顆粒在泵內(nèi)的運動特征,發(fā)現(xiàn)有以下3種典型的運動軌跡:隨貫通流經(jīng)葉輪進入蝸殼;受循環(huán)流影響由無葉腔進入蝸殼;從葉輪前端進入葉輪,隨葉輪旋轉(zhuǎn)進入蝸殼。文獻[12-14]選用油菜籽、小麥、黃豆作為試驗顆粒進行固液兩相流試驗,得到了旋流泵在輸送不同濃度固液兩相流時的性能曲線,并解釋了性能曲線變化與泵內(nèi)部流動之間的因果關(guān)系。文獻[15]對多級離心漿料泵進行試驗,發(fā)現(xiàn)泵的揚程和效率很大程度上取決于漿料中固相濃度。文獻[16]運用CFD-DEM耦合模擬計算離心泵內(nèi)非穩(wěn)態(tài)固液兩相流動,得到了1.0～3.0 mm顆粒群在離心泵內(nèi)運動軌跡和固相體積率分布。文獻[17]基于CFD-DEM方法,采用多組分密度顆粒,研究不同固相顆粒在葉輪和蝸殼內(nèi)部的運動軌跡及其分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)大質(zhì)量顆粒的運動軌跡更加靠近葉片工作面,而小質(zhì)量顆粒在葉輪內(nèi)部總體分布比較均勻。文獻[18]對不同包角葉輪進行固液兩相數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)顆粒主要在葉輪吸力面中間與前蓋板交界的位置處發(fā)生碰撞,造成磨損。雖然,國內(nèi)外學者已將CFD-DEM耦合方法廣泛應(yīng)用于固液兩相流泵中,但研究大多集中于單一粒徑顆粒[19-22]。尤其在目前的數(shù)值模擬與試驗中,大多以單一粒徑顆粒作為研究對象,研究結(jié)果與工程應(yīng)用中泵實際輸送介質(zhì)的情況有所不同。為此,本文選取一款經(jīng)典的旋流式固液兩相流泵,配以折葉片葉輪。基于CFD-DEM耦合方法,采用兩種不同粒徑顆粒等比例混合,按不同體積分數(shù)對此旋流泵進行固液兩相流數(shù)值模擬,并通過試驗進行驗證。探索不同粒徑顆粒在旋流式固液兩相流泵內(nèi)的內(nèi)流特征,揭示固相顆粒的運動分布規(guī)律,為旋流泵的優(yōu)化設(shè)計提供一定的理論依據(jù)。

1 模型參數(shù)及分析方法

1.1 幾何模型

以一臺典型旋流泵為研究對象,流體域三維模型如圖1所示,其基本設(shè)計參數(shù)為:流量Qdes(Q)為23.5 m3/h,揚程Hdes為3.5 m,轉(zhuǎn)速ndes為1 485 r/min。 旋流泵主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 旋流泵結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structural parameters of vortex pump

圖1 旋流泵三維示意圖Fig.1 Three-dimensional sketch of vortex pump1.進口段 2.無葉腔 3.間隙 4.葉輪 5.蝸殼 6.出口段

1.2 網(wǎng)格劃分

采用ICEM對旋流泵計算域進行網(wǎng)格劃分,各部分網(wǎng)格質(zhì)量均在0.33以上。由于本文采用的顆粒粒徑較大,同時考慮顆粒體積分數(shù)的影響,所以網(wǎng)格數(shù)量不能過多。在滿足計算精度的要求下,設(shè)置3套網(wǎng)格,網(wǎng)格數(shù)分別為8×105、1.3×106和 1.8×106。對這3套網(wǎng)格進行網(wǎng)格無關(guān)性驗證,在設(shè)計工況下,采用Realizablek-ε模型,對單相清水介質(zhì)進行仿真計算。對比這3套網(wǎng)格下計算所得揚程發(fā)現(xiàn),第1套網(wǎng)格和第2套網(wǎng)格之間的誤差為1.6%,第2套網(wǎng)格和第3套網(wǎng)格之間的誤差為0.61%。綜合考慮計算精度和計算資源,選取第2套網(wǎng)格進行數(shù)值計算。部分計算域網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 計算域網(wǎng)格劃分Fig.2 Computational domain meshing

1.3 邊界條件

在數(shù)值模擬之前,需要對Fluent和EDEM進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。考慮泵內(nèi)存在渦流和旋流,選用Realizablek-ε模型。Fluent中計算域進口邊界條件采用速度進口,出口邊界條件為壓力出口,參考靜壓為1×105Pa。設(shè)置Fluent時間步長為1×10-4s,總步數(shù)為16 000步,每計算200步保存一次數(shù)據(jù),收斂精度設(shè)置為10-4。EDEM中顆粒間接觸計算選用Hertz-Mindlin (no slip) 模型,EDEM的時間步長一般小于Fluent的時間步長,且與Fluent時間步長成整數(shù)倍關(guān)系,同時需控制其Rayleigh時長在20%左右。因此,設(shè)置EDEM時間步長為5×10-6s,每計算0.005 s保存一次數(shù)據(jù),總計算時間為1.6 s。

1.4 試驗顆粒及物性參數(shù)

本文采用油菜籽、黃豆作為計算顆粒,根據(jù)對這兩種實物顆粒的觀察與測量結(jié)果,在EDEM中進行等比例建模,試驗顆粒如圖3所示。其中油菜籽等效粒徑為1.6 mm,黃豆等效粒徑為4 mm。

圖3 試驗顆粒Fig.3 Test particle

在離散元仿真計算時,為確保數(shù)值模擬的準確性,同時最大限度貼合實際試驗,需要在EDEM中設(shè)置仿真材料的物性參數(shù)。所需的物性參數(shù)包括顆粒和材料固有物性參數(shù)以及不同材料之間的接觸參數(shù),如:顆粒-顆粒碰撞恢復(fù)系數(shù)、顆粒-有機玻璃碰撞恢復(fù)系數(shù)、顆粒-有機玻璃靜摩擦因數(shù)、顆粒-有機玻璃滾動摩擦因數(shù)[23]。根據(jù)仿真試驗,結(jié)合真實試驗結(jié)果,得到上述4種接觸參數(shù)。完整參數(shù)見表2。

表2 試驗顆粒物性參數(shù)及接觸參數(shù)Tab.2 Property parameters and contact parameters of test particles

1.5 時間無關(guān)性分析

為確保分析的可靠性,需要對數(shù)值模擬進行時間無關(guān)性分析。在蝸殼出口截面設(shè)置統(tǒng)計區(qū)域,統(tǒng)計不同時間下,通過此區(qū)域的顆粒數(shù)量,統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。0.9 s前顆粒數(shù)量波動較大,這是由于泵剛啟動,流動介質(zhì)在泵內(nèi)未完成完整的循環(huán)。1.3 s后,顆粒通過數(shù)量趨于穩(wěn)定。同時考慮到計算時長,選定1.4 s時的數(shù)據(jù)進行分析。

圖4 時間無關(guān)性驗證Fig.4 Time independence test and verification

1.6 正則化螺旋度

正則化螺旋度定義為速度與渦量的點積和速度與渦量的模的比值,可用于判斷渦核旋轉(zhuǎn)方向,其表達式為

式中ν——速度矢量ω——渦量矢量

在渦核區(qū)域,速度矢量方向與渦量矢量方向近乎平行,正則化螺旋度Hn值趨近于±1。其中正負表明渦旋轉(zhuǎn)方向,以流動方向為正方向,Hn為正,渦旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向;Hn為負,渦旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向[24-25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 進口管內(nèi)流動分析

本研究型號旋流泵工作原理與常規(guī)離心泵有所不同,其工作時,從無葉腔產(chǎn)生一股回流延伸至進口管,并在進口管內(nèi)與進口來流相互作用,在某一位置處達到平衡狀態(tài),進口的螺旋回流,導致進口來流過流面積減小,整泵能量損失較大。因此,對進口流態(tài)的研究,弄清進口的流動特性尤為重要。如圖5所示,以進口管與無葉腔交界處為初始截面,間隔60 mm取截面,對進口管內(nèi)流態(tài)進行分析。

圖5 進口管截面示意圖Fig.5 Section diagram of inlet pipe

圖6、7分別為Q工況下,進口管內(nèi)渦量云圖和正則化螺旋度云圖。從圖6中可以發(fā)現(xiàn),進口管近壁面處存在較大的渦量,而中心區(qū)域渦量較小。從進口側(cè)向無葉腔側(cè)的過程中,進口管近壁面渦量逐漸增大,影響區(qū)域也逐漸增大,中心區(qū)域受影響范圍逐漸減小。這是因為靠近無葉腔側(cè),受到無葉腔內(nèi)循環(huán)流影響最為嚴重,隨著與無葉腔距離增加,循環(huán)流的影響逐漸減弱。

圖6 進口管不同截面渦量云圖Fig.6 Vortex cloud diagram of different sections of inlet pipe

為進一步分析進口管內(nèi)旋渦結(jié)構(gòu),引入正則化螺旋度。它可以準確地反映主渦與二次渦流動,描述旋渦形態(tài)及其變化規(guī)律。如圖7所示,從進口側(cè)至無葉腔側(cè),截面上渦核分布較為分散,向無葉腔側(cè)靠近,渦核分布開始向中心聚攏。在無葉腔側(cè)截面上,中心渦核最小,但是近壁面區(qū)域開始產(chǎn)生較大的旋渦結(jié)構(gòu),并且此旋渦旋轉(zhuǎn)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同。

圖7 進口管不同截面Hn云圖Fig.7 Hn cloud diagram of different sections of inlet pipe

2.2 不同工況下葉輪前端面流態(tài)分析

為研究流體從無葉腔至葉輪輸送過程中的流動狀況,在混合體積分數(shù)為5%情況下,對0.6Q～1.6Q工況進行研究。截取葉輪進口前端面向內(nèi)1 mm處截面,繪制二維速度流線圖。如圖8所示,在小流量工況(0.6Q),葉輪進口處出現(xiàn)了不同大小的旋渦,增大流量至Q,葉輪中的旋渦逐漸向葉片折角處靠近。繼續(xù)增大流量至1.4Q,葉輪中旋渦數(shù)量繼續(xù)減少,影響范圍進一步縮小,旋渦位置穩(wěn)定在葉片壓力面折角處附近。當流量增大至1.6Q時,葉輪內(nèi)旋渦基本消失。

圖8 不同工況葉輪前端面流動特征Fig.8 Flow characteristics of impeller front face under different working conditions

由于此截面靠近無葉腔,受無葉腔中循環(huán)流的影響較大,流道內(nèi)流線出現(xiàn)不同程度的紊亂,發(fā)生流動分離,小流量工況下尤其明顯。這是由于小流量工況下,泵腔內(nèi)循環(huán)流占主導,在進口管內(nèi)產(chǎn)生回流,緊貼進口管壁面旋轉(zhuǎn),占據(jù)進口過流面積。同時與進口來流發(fā)生相互作用,而此時進口來流速度較小,軸向旋渦較大,部分流體從流道中脫落。隨著流量增大至Q,進口管內(nèi)回流與來流相互作用增強,同時因流量增大,進口來流對泵腔內(nèi)的沖擊作用增強,抑制了無葉腔中的部分旋渦,但是葉輪第2段折角過大,流體跟隨性較差,因此流道內(nèi)產(chǎn)生了較多旋渦。流量增至1.6Q時,進口管內(nèi)螺旋回流被抑制,進口流速增大,進口來流對泵腔內(nèi)的沖擊達到最強。無葉腔中的絕大部分旋渦被抑制,因此葉輪流道內(nèi)無明顯旋渦。

2.3 無葉腔側(cè)固相顆粒分布

由于輸送的顆粒為油菜籽和黃豆混合的顆粒,為探究其在輸送過程中無葉腔側(cè)混合顆粒的濃度分布情況,以無葉腔及其外緣部分為研究對象,以距離無葉腔前端面1 mm處為基準,指向葉輪前端面。沿軸向等截距切分,截距為6 mm,劃分為C1、C2、C3 3部分。切分示意圖如圖9所示。

圖9 截面及切分示意圖Fig.9 Cross-section and segmentation diagram

將這3組切片按照6 mm為增量,由內(nèi)向外切分為14份同心圓環(huán)(圖10)。按照不同的徑向尺寸,將圓環(huán)分為中心部、中間部和外緣部3個區(qū)域。如圖9所示(中心部:對應(yīng)吸入口范圍0～54 mm;中間部:對應(yīng)葉輪影響范圍54～126 mm;外緣部:葉輪外徑至壓水室邊緣范圍126～162 mm),提取各個切片和不同圓環(huán)內(nèi)的顆粒數(shù)。以無量綱量NN表征某個區(qū)域內(nèi)的顆粒濃度,公式為

式中Nx——切片圓環(huán)內(nèi)的顆粒數(shù)

Ni——切片內(nèi)顆?？倲?shù)

如圖11所示,旋流泵在輸送混合顆粒時,各切片中心部濃度均為最高。隨著徑向距離增加,顆粒濃度開始下降,并在中間部與外緣部交界處達到濃度最低點。從交界處開始,向外緣部方向,顆粒濃度逐漸上升。這是因為顆粒從進口段進入到無葉腔內(nèi),一部分受循環(huán)流影響從無葉腔回流到進口管,再隨進口來流進入泵腔。一部分直接隨進口來流,流向葉輪方向,沖擊葉輪進口,所以中心部顆粒濃度較高。而外緣部由于靠近壓水室近壁面,顆粒容易在此積聚,因此濃度稍有上升。從C3至C1切片,顆粒整體濃度呈遞減趨勢,而黃豆顆粒尤為明顯。

圖11 無葉腔不同切片處顆粒濃度Fig.11 Particle concentration at different sections of vaneless cavity

2.4 葉輪內(nèi)部固相顆粒分布

圖12為額定轉(zhuǎn)速和額定流量時,輸送體積分數(shù)5%混合顆粒的葉輪內(nèi)顆粒分布圖,以速度梯度對顆粒進行染色。為分析折葉片旋流泵葉輪內(nèi)部混合顆粒分布情況,同時考慮到黃豆顆粒的體積較大,故將葉輪沿葉片寬度對半切分,分成前半部分和后半部分,每部分厚度均為11 mm。觀察圖12可知,葉輪前半部分整體顆粒要少于后半部分。其中黃豆顆粒在前半部分葉輪流道中分布較少,大部分集中于葉輪進口中下部。油菜籽顆粒在葉輪流道中沿第1段折邊壓力面分布,緊貼第1段折邊運動。而葉輪后半部分顆粒數(shù)量較多,黃豆顆粒和油菜籽顆粒均沿第1段折邊壓力面分布并沿其運動,葉輪進口處顆粒局部聚集明顯。同時觀察到,葉輪無論前半部分抑或后半部分,顆粒在其第2段折邊處并未緊貼葉片運動,而是從折角處開始,沿著第1段折邊以拋物線形式甩出葉輪,進入到蝸殼內(nèi)部。造成這種分離現(xiàn)象,主要原因為顆粒進入葉輪隨葉輪旋轉(zhuǎn),從葉輪獲得能量,速度逐漸增大。當顆粒運動至折點處,由于第2段折邊向后偏折角度過大,顆粒不能繼續(xù)從中葉輪獲得能量。同時受到液流的影響,因此開始沿拋物線向后運動。

圖12 葉輪前后部混合顆粒分布Fig.12 Distribution of mixed particles in front and rear of impeller

2.5 試驗外特性

為得到折葉片旋流泵實際性能,同時驗證仿真結(jié)果的準確性,開展了相應(yīng)的固液兩相流試驗。試驗泵采用有機玻璃制作,便于可視化試驗的拍攝。本試驗在開式試驗臺進行,如圖13所示,試驗臺由開式水箱、攪拌器、試驗泵、進出口閥門及相應(yīng)管路組成。采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速和軸功率。轉(zhuǎn)矩量程為20 N·m,轉(zhuǎn)速量程為6 000 r/min。進口壓力變送器測量范圍-50～50 kPa,出口壓力變送器測量范圍0～150 kPa,泵出口流量由電磁流量計實時顯示。試驗顆粒選用油菜籽與黃豆按照各50%進行混合后的混合顆粒,在顆粒體積分數(shù)3%、5%下進行不同流量工況的試驗。

采用高速攝影技術(shù)對進口管中的螺旋回流現(xiàn)象進行拍攝。高速攝影機型號為MotionPro Y4,試驗時設(shè)置拍攝速率為1 500 f/s,每個工況拍攝3 s,重復(fù)拍攝3次。

圖14為折葉片旋流泵輸送清水,體積分數(shù)3%、5%混合顆粒時的試驗外特性曲線。與清水工況相比,加入混合顆粒后,揚程和效率均明顯下降。且揚程和效率隨混合顆粒體積分數(shù)增大而下降。加入混合顆粒后,流體與顆粒間的粘性摩擦力加大,泵內(nèi)的摩擦損失較大,這導致泵內(nèi)產(chǎn)生較大的流動損失。同時,顆粒在泵內(nèi)運動,需要流體不斷提供能量,隨著顆粒體積分數(shù)增加,所需的能量也增大,因此,旋流泵輸送固體顆粒的性能比清水的低。

圖14 試驗旋流泵外特性曲線Fig.14 External characteristic curves of vortex pump

2.6 不同工況下進口管螺旋回流試驗對比

旋流泵結(jié)構(gòu)簡單,但是內(nèi)部流動復(fù)雜。由于無葉腔中循環(huán)流的存在,其運行時,進口管內(nèi)會出現(xiàn)一定長度的螺旋回流,導致進口過流面積減小,水力損失較大。因此,本試驗采用高速攝影技術(shù)捕捉進口管中的螺旋回流現(xiàn)象,對比數(shù)值模擬結(jié)果,并驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的可行性。圖15為試驗泵進口段,進口管總長42 cm,上方設(shè)有標尺,方便觀察比較不同工況下進口管內(nèi)螺旋回流長度。

圖16為0.6Q～1.6Q工況,折葉片旋流泵輸送混合顆粒時的進口管拍攝結(jié)果。由圖16可以看出,不同流量工況下,進口管中始終存在一股流體介質(zhì)從泵腔回流至進口段。該股回流的旋轉(zhuǎn)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致。將進口管中的大部分顆粒卷起,繞著進口管壁面做螺旋回轉(zhuǎn)運動,其中,體積較小的油菜籽顆粒尤為明顯。其與進口來流相互作用,在某一位置達到平衡。從試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在0.6Q工況下,回流長度最長,達到37 cm,幾乎占據(jù)整個進口管;增大流量至0.8Q,回流長度回縮至30 cm處,并與進口來流的對沖下達到平衡;繼續(xù)增大流量至Q,回流與進口來流激烈對沖碰撞并在20 cm處趨于平衡,進口管內(nèi)回流長度回縮明顯;當流量達到1.2Q時,回流長度進一步縮短,長度為15 cm;當流量加大至1.4Q時,進口來流速度較大,其與回流平衡位置進一步向無葉腔側(cè)靠近,此時回流長度為10 cm;當流量加大至1.6Q時,進口來流速度已達試驗最大值,進口管中回流已不明顯,僅在靠近無葉腔側(cè)存在一小段,長度僅4 cm。這是因為隨著流量增大,貫流速度增大,在轉(zhuǎn)速不變的情況下,泵內(nèi)軸向旋渦被削弱,進口螺旋回流被無葉腔壓縮,因此螺旋回流長度不斷縮短。

2.7 進口管旋流現(xiàn)象驗證

為驗證仿真模擬的可靠性,選取模擬結(jié)果進口管中旋流現(xiàn)象與高速攝影試驗進行對比。圖17為Q工況下,體積分數(shù)5%混合顆粒模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比圖。分析發(fā)現(xiàn),數(shù)值模擬的進口螺旋回流平衡位置與旋轉(zhuǎn)特征,與試驗結(jié)果大致吻合,基于CFD-DEM數(shù)值模擬結(jié)果具有一定的可靠性,能夠較好地展示泵內(nèi)固相顆粒運動分布情況。

圖17 混合顆粒旋流現(xiàn)象驗證Fig.17 Verification of swirling phenomenon of mixed particles

3 討論

本文基于CFD-DEM耦合模型,采用油菜籽與黃豆等比例混合作為顆粒介質(zhì),在不同流量工況及體積分數(shù)下,對旋流泵進行了固液兩相流計算及試驗驗證研究。獲得不同工況下旋流泵進口管內(nèi)的流動特性、葉輪前端面速度分布特征;分析旋流泵主要過流部件內(nèi)顆粒分布情況;開展對數(shù)值模擬結(jié)果的試驗驗證。

由于本文在數(shù)值計算和試驗驗證時采用黃豆和油菜籽等比例混合,未設(shè)置不同混合比例的對照組,而實際情況下旋流泵輸送的介質(zhì)中固相組成較為復(fù)雜。因此,后續(xù)的試驗和數(shù)值計算可設(shè)置多組不同混合比例的對照組,研究混合顆粒在泵內(nèi)的輸送情況。同時,在試驗時發(fā)現(xiàn),黃豆顆粒在長時間浸泡后變得松散,容易破裂,需盡快更換試驗介質(zhì)顆粒。后期可以根據(jù)實際情況,定制不同尺寸顆粒,以達到最佳拍攝效果。

4 結(jié)論

(1)折葉片葉輪流道內(nèi)的旋渦主要存在于葉片第1段折邊處,從小流量工況到額定工況,再到大流量工況,流道內(nèi)旋渦數(shù)量先增加后減少,最終消失。且隨著流量增大,旋渦逐漸向葉片工作面折角處靠攏。

(2)折葉片旋流泵在輸送混合顆粒時,循環(huán)流和貫通流共同作用,顆粒濃度在無葉腔中呈現(xiàn)出中心部向中間部逐漸降低、在外緣部略上升的趨勢。

(3)輸送混合顆粒時,由于黃豆顆粒密度較大,在進口管內(nèi)貼近管底向前運動,油菜籽顆粒密度與水相近,均勻分布于進口管內(nèi)。在循環(huán)流的作用下,固相顆粒沿進口管壁面旋轉(zhuǎn)進入泵進口。隨著流量增大,進口管內(nèi)螺旋回流長度逐漸減小。循環(huán)流的存在,導致進口過流面積減小,能量損失增大,但是泵的抗堵塞性能和通過性能提高。

(4)基于離散元單元法的CFD-DEM耦合算法能夠較為準確地計算混合顆粒在旋流泵內(nèi)的復(fù)雜流動問題,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。