固液两相流泵理论与设计

本书系统地阐述了固液两相流泵基本理论与设计方法，主要内容包括固液两相流基础知识，固液两相流泵概述，杂质泵，无堵塞泵，固液两相流泵水力设计，固液两相流泵工作特性，固液两相流泵水动力特性，固液两相流泵内固液两相流动特性与结构，固液两相流泵磨蚀、腐蚀机理与防护，固液两相流泵试验测试，固液两相流泵计算机辅助设计，固液两相流泵数值分析。本书内容翔实，基础理论与实践紧密结合，选取案例均来自作者科研实践，具有很高的实用性。本书对固液两相流泵水力设计、性能评估、结构优化、内流场测试、磨蚀与腐蚀防护等具有较高的参考价值。

序 前言 第1章固液两相流基础知识1 1.1固液两相流基本理论1 1.1.1相与相现象1 1.1.2固液两相流简介3 1.1.3固液两相流发展史及研究方法4 1.2固液两相流基本物性7 1.2.1单颗粒基本参数7 1.2.2两相流基本参数8 1.2.3颗粒粒度测量方法12 1.3固液两相流中颗粒特性14 1.3.1颗粒动力学特性14 1.3.2颗粒群特性17 1.4固液两相流分类17 1.4.1按固液两相组成分类17 1.4.2按颗粒尺寸分类18 1.4.3按颗粒雷诺数Rep分类18 1.4.4按固相体积分数分类19 1.5浆体基本参数19 1.5.1浆体主要表征参数19 1.5.2泥浆的基本参数21 1.6沉降流速23 1.6.1固液两相流沉降概况23 1.6.2静水中颗粒自由沉降23 1.6.3固液两相流沉降的影响因素25 1.7典型固液两相流26 1.7.1低浓度含沙水26 1.7.2高浓度含沙水27 参考文献29 第2章固液两相流泵概述31 2.1固液两相流泵简介31 2.2固液两相流泵分类31 2.2.1按应用类型分类31 2.2.2按泵的作用原理分类32 2.2.3按输送介质的性质分类32 2.2.4按结构形式分类32 参考文献33 第3章杂质泵34 3.1渣浆泵34 3.1.1简介34 3.1.2结构形式34 3.1.3结构特点35 3.1.4渣浆泵的设计方法与难点36 3.1.5渣浆泵的密封与磨蚀防护36 3.1.6渣浆泵的应用37 3.1.7渣浆泵作业注意事项37 3.2砂泵38 3.2.1简介38 3.2.2结构39 3.2.3砂泵类型40 3.2.4选型与使用41 3.2.5应用42 3.3挖泥泵42 3.3.1简介42 3.3.2采砂原理42 3.3.3结构42 3.3.4应用43 3.4泥浆泵44 3.4.1简介44 3.4.2容积式泥浆泵44 3.4.3立式泥浆泵47 3.4.4泥浆泵的应用47 参考文献48 第4章无堵塞泵49 4.1螺旋离心泵49 4.1.1简介49 4.1.2结构特点49 4.1.3运行特性50 4.1.4应用51 4.2旋流泵51 4.2.1简介51 4.2.2工作原理51 4.2.3结构51 4.2.4运行特性52 4.2.5设计理论52 4.2.6应用53 4.3流道式无堵塞泵53 4.3.1简介53 4.3.2单流道无堵塞泵53 4.3.3双流道无堵塞泵55 4.4纸浆泵57 4.4.1简介57 4.4.2性能特点57 4.4.3应用57 4.5其他类型固液两相流泵57 4.5.1固液两相轴流泵简介58 4.5.2轴流泵结构58 4.5.3轴流泵水力设计方法59 4.5.4输送固液两相流特性59 4.5.5轴流泵作为输河沙水应用60 参考文献60 第5章固液两相流泵水力设计62 5.1固液两相流泵传统水力设计方法62 5.1.1一维叶片设计理论62 5.1.2基于两类流面的准三维反问题计算62 5.1.3基于涡面的全三维叶片设计理论63 5.2传统设计方法的发展63 5.2.1经验模型换算法63 5.2.2经验统计速度系数设计法64 5.2.3叶片型线设计研究64 5.2.4基于人工智能的专家系统的优化设计65 5.2.5三元流动设计理论65 5.3固液两相流泵设计66 5.3.1固液两相流泵设计基本思想66 5.3.2固液两相流泵设计原则66 5.4基于两相流理论的设计方法67 5.4.1两相流畸变速度设计法67 5.4.2两相流速度比设计法67 5.4.3结构设计的特殊性72 5.5叶片型线设计法73 5.5.1渐开线73 5.5.2等角螺旋线74 5.6螺旋离心泵叶轮叶片型线方程75 5.6.1螺旋线方程75 5.6.2叶片曲面型线方程76 5.7固液两相流泵水力设计实例——螺旋离心泵80 5.7.1传统设计80 5.7.2固液两相流型线设计方法92 参考文献95 第6章固液两相流泵工作特性96 6.1固液两相流泵性能基本参数和清水介质性能96 6.1.1泵的性能参数96 6.1.2固液两相流泵输送清水时的性能97 6.2泵输送固液两相流时的性能99 6.2.1泵送浆体时表征性能参数99 6.2.2工作压力101 6.2.3泵送浆体时性能试验101 6.2.4渣浆泵的运行性能101 6.3渣浆泵的汽蚀特性102 6.3.1泵无汽蚀运行的条件102 6.3.2有效汽蚀余量计算103 6.4螺旋离心泵的工作特性104 6.4.1固液两相流介质含沙水假设104 6.4.2含沙水下的性能变化105 6.4.3螺旋离心泵工作特性分析107 参考文献109 第7章固液两相流泵水动力特性110 7.1螺旋离心泵内叶轮水动力特性110 7.1.1叶轮轴向力、径向力110 7.1.2固液两相流介质对水动力特性的影响112 7.2螺旋离心泵瞬变流水动力响应115 7.2.1螺旋离心泵瞬变流特性115 7.2.2螺旋离心泵瞬变流水动力分析122 参考文献122 第8章固液两相流泵内固液两相流动特性与结构123 8.1螺旋离心泵内固液两相流流动特性123 8.1.1数值模拟条件123 8.1.2螺旋离心泵内固液两相流动特性123 8.1.3固相对螺旋离心泵磨损特性分析138 8.1.4螺旋离心泵内叶轮工作机理140 8.2螺旋离心泵内固液两相场空间分布及速度滑移141 8.2.1相速度和相含率分布142 8.2.2固液两相速度滑移现象143 8.3螺旋离心泵内固液两相场空间结构145 8.3.1泵内涡结构理论分析145 8.3.2螺旋离心泵内涡结构146 8.3.3螺旋离心泵内涡量与涡结构147 8.4旋流泵内部流动特性及结构形式149 8.4.1旋流泵内部流动结构描述149 8.4.2旋流泵模型建立151 8.4.3旋流泵无叶腔的内流特性分析153 8.4.4旋流泵内流机理及内流结构模型建立160 8.5旋流泵内流体流动结构演变特性164 8.5.1特征参数定义164 8.5.2形状系数对能量转换的影响165 8.5.3几何关联系数对能量转换的影响167 8.5.4旋流泵内流动结构演变特性167 参考文献168 第9章固液两相流泵磨蚀、腐蚀机理与防护170 9.1固液两相流泵磨蚀研究现状170 9.1.1泵磨蚀国外研究现状170 9.1.2泵磨蚀国内研究现状171 9.1.3渣浆泵磨蚀研究现状174 9.1.4磨蚀及空化对固液两相流泵运行影响174 9.2固液两相流泵磨蚀特性175 9.2.1磨蚀机理175 9.2.2磨损理论177 9.2.3固液两相流泵磨蚀特性分析179 9.2.4影响磨损特性的因素182 9.3固液两相流泵腐蚀184 9.3.1腐蚀类型184 9.3.2带有机械应力腐蚀185 9.3.3腐蚀其他影响因素186 9.4磨蚀数值计算模型186 9.4.1冲蚀速率187 9.4.2Fluent中的冲蚀模型187 9.4.3CFX中的冲蚀模型187 9.5固液两相流泵磨蚀数值分析应用实例190 9.5.1颗粒体积分数变化190 9.5.2叶轮域速度变化191 9.5.3磨蚀云图191 9.5.4结论192 9.6固液两相流泵防磨蚀措施及技术192 9.6.1水力设计中的抗磨措施192 9.6.2运行中的抗磨措施193 9.6.3抗磨材质的应用193 9.6.4涂层技术193 9.6.5高分子复合材料应用194 参考文献194 第10章固液两相流泵试验测试196 10.1固液两相流泵试验概述196 10.2固液两相流泵试验测试系统与性能测试197 10.2.1两种试验台的适用性197 10.2.2两种试验台的特点198 10.3固液两相流泵性能试验198 10.3.1性能试验测量系统199 10.3.2性能试验方法199 10.3.3性能试验计算200 10.3.4注意事项200 10.4固液两相流泵其他综合试验201 10.4.1泵的汽蚀试验201 10.4.2泵的振动试验202 10.4.3泵的噪声试验205 10.5固液两相流泵内流场显示测试研究209 10.5.1传统流动测试技术研究209 10.5.2现代流动测试技术发展过程210 10.5.3PIV测试技术212 10.5.4高速动态摄影技术218 10.5.5固液两相流泵流场显示测试的难点和处理方法219 参考文献221 第11章固液两相流泵计算机辅助设计223 11.1固液两相流泵计算机辅助设计应用实例223 11.1.1设计思想223 11.1.2功能模块划分及流程图223 11.1.3设计过程224 11.2固液两相流泵建模228 11.2.1蜗壳水体建模228 11.2.2叶轮水体建模232 11.2.3文件保存236 参考文献237 第12章固液两相流泵数值分析238 12.1固液两相流泵数值计算方法238 12.1.1固液两相流数值计算流程238 12.1.2固液两相流数值计算处理方法238 12.1.3固液两相流数值模拟的难点和关键性问题239 12.1.4固液两相流数值模型239 12.1.5固液两相流数值模拟的常用方法240 12.2固液两相流泵网格划分241 12.2.1网格划分流程241 12.2.2ICEM网格划分操作步骤242 12.2.3网格无关性检查247 12.3固液两相流泵Fluent两相流数值计算248 12.3.1固液两相流数值边界条件249 12.3.2数值计算方法249 12.3.3计算迭代残差设置249 12.3.4计算收敛性的判定250 12.3.5数值模拟设置过程250 12.3.6数值模拟结果处理259 12.4固液两相流泵CFX数值计算260 12.4.1旋流泵模型建立261 12.4.2全流场CFX数值设置262 12.4.3进行计算及CFX-POST后处理268 12.5固液两相流泵内两相流CFX数值计算270 12.5.1网格划分270 12.5.2边界条件270 12.5.3后处理276 参考文献281