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基于DEM-CFD的旋流泵大颗粒内流特性模拟与试验
基于DEM-CFD的旋流泵大颗粒内流特性模拟与试验
摘要
旋流泵是一种常用的固液分离设备，广泛应用于化工、环保和石油等领域。本论文通过结合离散元模拟（DEM）和计算流体动力学（CFD）方法，研究了旋流泵中大颗粒的内流特性。首先,建立了旋流泵的DEM和CFD模型，并对模型进行了验证。然后使用模拟方法研究了旋流泵中大颗粒内流的速度分布和颗粒径向分布规律。最后通过实验验证了模拟结果的准确性。
关键词：旋流泵；离散元模拟；计算流体动力学；颗粒内流特性
1.引言
旋流泵是一种通过离心力和涡流效应将固体颗粒从液体中分离的设备。由于其结构简单、运行稳定，并且适用于各种颗粒大小和浓度的液固混合物，因此在多个领域中得到广泛应用。然而，在实际应用中，旋流泵内部的流态和颗粒运动机制依然不够清楚。因此，研究旋流泵内大颗粒的内流特性对于优化设备结构和提高分离效果具有重要意义。
2.方法
2.1DEM-CFD模型建立
本文采用DEM-CFD联合模拟方法来研究旋流泵内大颗粒的内流特性。DEM模型用于模拟颗粒之间的相互作用和运动规律，而CFD模型用于模拟流体的运动和旋流泵内的流动特性。两个模型通过求解Navier-Stokes方程和颗粒间的Newton动力学方程相互耦合。
2.2模型验证
为了验证DEM-CFD模型的可靠性，我们首先使用已有的实验数据进行了模型的验证。结果表明，DEM-CFD模型能够准确预测旋流泵内的流动和颗粒分布情况。
3.模拟结果与讨论
通过模拟方法研究了旋流泵中大颗粒的内流特性。首先，我们研究了旋流泵中大颗粒在径向方向上的分布规律。结果显示，颗粒在进入旋流泵后，受到离心力的作用，会向离心泵的壁面运动。颗粒在离心泵壁上会堆积形成颗粒堆，而在离心泵中心的区域则会形成空洞。颗粒的径向分布规律随着颗粒直径的增加而变化。
其次，我们研究了旋流泵中大颗粒的速度分布。结果显示，颗粒的速度随着径向距离的增加而减小，并且呈现出非均匀分布。在颗粒堆的周围区域，颗粒的速度明显比颗粒堆内的速度低。这是由于颗粒堆的存在导致了流体的速度分布不均匀。
4.实验验证
为了验证模拟结果的准确性，我们设计了相应的实验进行验证。首先，我们制备了一种颗粒样品，然后将其加入旋流泵中进行实验。实验结果显示，实际测得的颗粒的径向分布和速度分布与模拟结果吻合度较高，验证了DEM-CFD模型的准确性。
5.结论
通过DEM-CFD模拟方法的研究，我们对旋流泵中大颗粒的内流特性进行了深入分析。模拟结果显示，颗粒在旋流泵内的径向和速度分布受到了多种因素的影响，如离心力和颗粒堆的形成。实验验证结果表明，DEM-CFD模型能够准确预测旋流泵中大颗粒的内流特性。这对于改进旋流泵的设计和优化固液分离效果具有重要的指导意义。
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