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轴流泵固液两相数值模拟及磨损特性研究
摘要：
本文使用计算流体力学（CFD）方法对轴流泵在液固两相流体下的流动特性进行数值模拟，并结合实验结果分析磨损特性。结果表明，在不同的固液含量下，轴流泵的性能参数和流态发生了明显的改变。同时，研究还发现，液相流体的流速变化对泵性能影响较大，同时固相对泵寿命的影响较显著。最后，对轴流泵的优化改进提出了相关建议。
关键词：
轴流泵；计算流体力学；液固两相流体；磨损特性
一、引言
目前，轴流泵在各个领域都拥有广泛的应用，涉及到许多重要的工业和生活领域。在轴流泵的优化过程中，通过对磨损特性的研究，可以有效地提高其使用寿命和性能。本文旨在通过数值模拟的方法，研究轴流泵在固液两相流动状态下的流动特性和磨损特性。
二、文献综述
目前，有很多关于轴流泵在液相流动状态下的数值模拟研究，但是对于液固两相流体情况下的轴流泵数值模拟研究相对较少。在已有研究中，使用了不同的数值模拟方法和模型，研究了轴流泵在液固两相流动下的特性。其中，有研究使用了欧拉-拉格朗日方法和界面捕捉方法模拟了轴流泵在液固两相下的流动特性，发现固液含量对轴流泵性能有明显的影响。还有研究使用了欧拉-欧拉方法和多相流模型对轴流泵的液固两相流动状态进行了数值模拟，发现固液含量和流速对轴流泵的流态和性能均有较大的影响。
三、数值模拟
采用ANSYSFluent软件对轴流泵在液固两相流下的流动特性进行数值模拟，其中使用了VOF多相流模型。模拟过程中，固相使用球形颗粒模拟，轴流泵采用3D模型。同时，设置不同的固液含量、流体速度和泵转速等参数，进行数值模拟。
四、结果与讨论
在不同固液含量下，轴流泵的性能参数和流态发生了明显的改变。当液相流速较小时，轴流泵的性能较优，但是随着液相流速的增加，泵性能逐渐变差。尤其是在高速情况下，固相的作用对泵性能的影响更加显著。经过研究发现，轴流泵内壁的磨损主要集中在叶轮进口和出口处的叶片表面。同时，磨损严重程度也与流量变化有关。
五、结论与展望
本文的数值模拟结果表明固液含量和液相流速对轴流泵的性能及磨损特性有着显著的影响，磨损主要集中在叶轮进口和出口处的叶片表面。因此，为了提高轴流泵的使用寿命和性能，可以通过优化叶片的形状和材料，降低固液含量，减小叶片表面的磨损等措施来改进轴流泵的设计。未来，可以进一步研究轴流泵的流动特性和磨损特性，并结合实验验证，优化轴流泵的设计和运行参数。