[00140870]固液两相输送污水泵关键技术及产业化

项目针对污水输送过程中离心泵存在输送效率低和磨损严重两大问题,以固液两相离心泵为研究对象,拟通过理论分析、数值计算和实验测试等手段,重点研究固相属性（包括密度、粒径、浓度等）对固相运动轨迹及液相运动规律的影响,确定工况参数、固相属性参数、泵水力输送性能和过流部件磨损之间的相互关联,建立固相属性与污水泵各性能参数之间的关系式,揭示其流道内部磨损机理,最终提出以耐磨、提高效率和高通过能力为设计主线的高性能污水输送离心泵的水力设计方法,并完成样机研制。项目主要创新成果如下： （1）建立了污水泵内部复杂固液两相流动的数值计算方法。首先对固液两相流场中颗粒所受作用力进行分类,通过各类作用力的量级分析,确定了颗粒所受的作用力;然后基于欧拉一欧拉方法和颗粒直径和相间作用力的关系,选择相应的两相流模型。颗粒直径较小时,选择基于代数滑移混合物模型;当颗粒直径较大时,选择离散项模型。 （2）确立了固相颗粒大小对污水泵水力性能及过流部件磨损程度的影响规律。随着颗粒直径的增加,泵计算扬程和效率随之单调下降,而轴功率呈现先降后升的变化趋势,叶片压力面上的总压整体上呈现逐步减小的趋势,叶片压力面固相浓度整体上呈现逐步下降的趋势,压力面与吸力面上总压值相等的位置点在不断前移。轴功率在某一颗粒直径下存在最小值。当颗粒直径为0.01mm时,叶片吸力面上的固相浓度几乎不变。颗粒直径变化对叶片前半段吸力面总压变化不明显。 （3）建立了固相浓度对污水泵综合性能的影响关系。随着输送固相浓度的增加,泵进口总压呈现逐步上升的趋势,而泵出口总压则呈现逐步下降的趋势。尽管泵进口总压随着浓度上升而上升,但其上升的绝对变化值较小;而泵出口总压下降则更为剧烈。随着输送固相浓度的增加,泵计算扬程和效率随之单调下降,而轴功率则呈现单调上升变化趋势。在叶片压力面上,随着输送固相浓度的增加,固相浓度呈现不断上升的趋势。但是,对于任意一种输送浓度,从叶片压力面前缘到尾缘,固相浓度总体上呈现先大幅下降后小幅上升的变化趋势。在高输送浓度情形下,吸力面的后半段将是磨损的主要部位。随着固相输送浓度的增加,等压平衡点的位置在不断向叶片前缘点移动;同时叶片压力面和吸力面上的等浓度点将会向叶片进口迁移。 （4）建立了固相颗粒密度与污水泵综合性能的内在联系。随着固体颗粒密度的增加,泵计算扬程曲线呈现先降后升的趋势,即扬程曲线存在最小值;泵效率曲线则呈现先升后降再升的变化趋势,但总体变化并不显著;泵轴功率呈现单调上升趋势。当固相密度分别小于、等于和大于液相密度时,叶片压力面上的固相浓度则呈现分别大于、等于和小于10%的分布规律。随着输送固体颗粒密度的增加,叶片压力面上的固相浓度呈现逐渐减小的趋势。固体颗粒密度大小对叶片吸力面前后部位的磨损程度呈现完全相反的影响趋势。随着输送固相密度的增加,等压平衡点的位置在不断向叶片前缘点移动;但叶片压力面和吸力面上的固相等浓度点位置将基本不变。输送固液两相流时的水力扬程与清水介质扬程二者之间差值随着工况流量的增大呈现增大的趋势。 （5）建立了污水泵几何结构与水力性能及磨损程度的内在联系。弯曲扩散体和直扩散体结构对模型泵的外特性影响并不显著;而具有弯曲扩散体的泵模型比具有直扩散体的泵模型的计算扬程和效率都要偏高,但二者差别十分有限;直扩散体污水泵受到的固体颗粒磨损更小。随着叶片出口角的增加,扬程呈现增加趋势,而对效率曲线影响并不显著。综合,叶片出口角为30°的直扩散体污水泵的水力性能和磨损特性最好。