基于颗粒摩擦和碰撞模型的离心泵叶片磨损预测*程效锐,董富弟,杨从新,赵伟国,张楠(兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050)摘要：采用雷诺时均N-S方程、RNGk-ε模型和SIMPLE算法，以含沙水为介质，基于代数滑移混合物模型(Algebraicslipmixturemodel,ASME)对一台单级双吸式离心泵内固液两相流动进行全三维不可压缩定常流动数值模拟，其中转子与定子之间耦合方式采用“冻结转子法”实现。通过对比清水及含沙水介质时泵外特性试验数据与数值模拟结果，验证了数值计算方法的可靠性。基于颗粒摩擦和碰撞模型对固相体积分数分别为5%、10%、15%时叶片工作面和背面摩擦磨损强度和碰撞磨损强度进行预测，结果表明：在同一固相体积分数时，从叶片进口至出口碰撞磨损强度逐渐增大，且工作面大于背面，摩擦磨损强度呈现先增大后减小，又逐渐增大的趋势；随着固相体积分数增加，叶片表面碰撞磨损强度和摩擦磨损强度逐渐增大，摩擦磨损强度沿着整个叶片均大于碰撞磨损强度。关键词：离心泵；固液两相流；磨损预测；磨损模型；数值模拟：TH31Wearpredictionofbladeinacentrifugalpumpbasedonpfrictionandcollisionmathematicalmodel*1CHENGXiao-rui,DONGFu-di,YANGCong-xin,ZHAOWei-guo,ZHANGNan(CollegeofEnergyandPowerEngineering，LanzhouUniv.ofTech.，Lanzhou730050,China)Abstract：BasedonAlgebraicslipmixturemodel,usingSIMPLEalgorithmandRNGk-εturbulencemodelandfrozenrotormethod,thesolid-liquidtwo-phaseflowindouble-suctioncentrifugalpumpwassimulated.TheUnsteadyReynoldsAveragedNavier-Stokes(RANS)approachhasbeenappliedtosolvetheunsteady,incompressible,three-dimensionalturbulent.Basedonpfrictionandcollisionmathematicalmodel,Thewearratesoffrictionandcollisionatthepressureandsuctionsurfacesofbladeswithdifferentsolidvolumefraction(5%、10%、15%)wereforecasted.Bycomparisonsoftheexternalcharacteristicaboutthetestandnumericalsimulationdatesinadouble-suctioncentrifugalpumpwhenpumpedclearwaterandsolid-liquidtwo-phaseflow,thereliabilityofnumericalcalculationmethodhasbeenverified.Theresultsshowedthatwiththesamesolidvolumefraction,fromthebladesinlettooutlet,thecollisionwearrateatsuctionsurfacesisincreasesandthepressuresurfacesisseriousthansuctionsurfaces,andthefrictionwearrateisfirstincreasesthendecreases,andagainincreases.Withsolidvolumefractionincreasing,thewearratesoffrictionandcollisionatthepressureandsuctionsurfacesofbladesareincreasesandthewearrateoffractionisseriousthancollision.*收稿日期：2014-03-13基金项目：国家自然科学基金（51269011）,甘肃省自然科学基金（2011GS04252）作者简介：程效锐（1972-），男，甘肃兰州人，博士，副教授。E-mail：cxr168861@lut1Keywords：CentrifugalpumpSolid-liquidtwo-phaseflowPredictionofErosionwearmodelNumericalsimulation双吸式离心泵由于叶轮的对称结构几乎不产生轴向力，且便于维修，被广泛应用于引黄灌区的提水灌溉中[1]。黄河中的悬移质泥沙造成泵过流部件材料磨损、使泵扬程和效率降低。因此研究双吸式离心泵在含沙水流下的流动规律及沙粒属性变化对材料磨损特性具有重要意义。针对泵内固液两相流磨损特性分析目前主要有两种方法。一种是定性分析：即借助CFD（ComputationalFluidDynamics）中欧拉模型对泵内固液两相流动进行模拟，并根据数值模拟结果中相关参数的云图及矢量变化等对磨损特性做定性分析[2-3]；另一种是定量分析：即运用试验方法和CFD中欧拉—拉格朗日模型来测算材料在含沙水流中的磨损量，或者在定性分析的基础上对磨损程度做定量化的分析研究[4-8]。目前，有关离心泵磨损的试验及数值模拟已经取得了一定成果，但鉴于泵内固液两相流动的复杂性和现有试验手段的制约，导致对离心泵叶轮在固液两相流作用下的磨损机理和定量磨损预测方面的研究还不够深入，各相关物理量对磨损程度的影响比重及变化规律方面的研究在国...