多相混輸泵內部流動數值模擬

本書主要從數值模擬的角度闡述了多相混輸泵內部流動特性的數值計算基本理論和基本方法，提出了一種多相混輸泵增壓單元的水力設計方法，在此基礎上進一步分析了多相混輸泵的各種特性。其主要內容包括：概述、多相混輸泵數值計算基本理論與方法、基於BladeGen多相混輸泵增壓單元水力設計、多相混輸泵水力性能、多相混輸泵內氣液兩相流動機理、多相混輸泵空化特性、多相混輸泵內旋渦運動及湍流耗散特性、多相混輸泵能量轉換特性、多相混輸泵流固耦合特性。
 
本書不僅對研製高效、大流量、高揚程以及穩定性高的多相混輸泵具有重要的指導作用，而且對推動深海礦產資源的開發具有重要的戰略意義和工程應用價值。

第1章概述1
1.1多相混輸泵的類型1
1.2多相混輸泵的工程應用3
1.3本章小結7

第2章多相混輸泵數值計算基本理論8
2.1氣液兩相流模型10
2.1.1均相流模型10
2.1.2分相流模型11
2.1.3漂移流模型12
2.1.4雙流體模型14
2.2相間作用力16
2.3流固耦合計算基本理論18
2.3.1流固耦合動力學控制方程18
2.3.2結構運動方程的有限元模型20
2.3.3模態分析的有限元方程21
2.4本章小結23

第3章多相混輸泵數值計算方法24
3.1湍流模型24
3.1.1標準 k-ε模型及其修正25
3.1.2RNG k-ε模型27
3.1.3Realizable k-ε模型28
3.1.4標準k-ω模型29
3.1.5SST k-ω模型29
3.1.6RSM模型29
3.1.7LES模型30
3.2空化模型31
3.2.1Singhal空化模型31
3.2.2Zwart-Gerber-Belamri空化模型32
3.2.3Schnerr-Sauer空化模型33
3.3多相混輸泵建模及網格劃分33
3.3.1過流部件幾何建模33
3.3.2過流部件網格劃分35
3.4邊界條件及求解設置38
3.5本章小結38

第4章基於BladeGen多相混輸泵增壓單元水力設計39
4.1葉輪選型計算39
4.2導葉選型計算43
4.3葉輪水力設計45
4.4導葉水力設計53
4.5本章小結56

第5章多相混輸泵水力性能57
5.1多相混輸泵外特性57
5.1.1純液條件下多相混輸泵外特性57
5.1.2氣液條件下多相混輸泵外特性59
5.2多相混輸泵水動力特性60
5.2.1氣液兩相條件下多相混輸泵內瞬態水動力特性60
5.2.2液相黏度對多相混輸泵內水動力特性的影響66
5.2.3氣液兩相條件下多相混輸泵內壓力脈動特性68
5.3本章小結75

第6章多相混輸泵內氣液兩相流動機理77
6.1多相混輸泵內氣相分佈規律77
6.1.1含氣率對多相混輸泵內氣液兩相分佈規律的影響77
6.1.2流量對多相混輸泵內氣液兩相分佈規律的影響79
6.1.3轉速對多相混輸泵內氣液兩相分佈規律的影響88
6.1.4液相黏度對多相混輸泵內氣液兩相分佈規律的影響92
6.1.5不同增壓單元葉輪內氣液兩相分佈規律102
6.2多相混輸泵內壓力分佈規律108
6.2.1純液條件下多相混輸泵內壓力分佈規律108
6.2.2液相黏度對多相混輸泵內壓力分佈規律的影響113
6.2.3含氣率對多相混輸泵內壓力分佈規律的影響115
6.2.4流量對多相混輸泵內壓力分佈規律的影響117
6.3多相混輸泵內速度分佈規律118
6.3.1純液條件下多相混輸泵內速度分佈規律118
6.3.2液相黏度對多相混輸泵內速度分佈規律的影響120
6.3.3含氣率對多相混輸泵內速度分佈規律的影響122
6.3.4流量對多相混輸泵內速度分佈規律的影響124
6.4多相混輸泵內流線分佈規律125
6.4.1純液條件下多相混輸泵內流線分佈規律125
6.4.2含氣率對多相混輸泵內流線分佈規律的影響126
6.5多相混輸泵內湍動能分佈規律128
6.5.1純液條件下多相混輸泵內湍動能分佈規律128
6.5.2含氣率對多相混輸泵內湍動能分佈規律的影響129
6.6本章小結130

第7章多相混輸泵空化特性132
7.1空化特性曲線132
7.2空化對多相混輸泵內流特性的影響134
7.2.1空化對壓力分佈的影響134
7.2.2空化對速度分佈的影響137
7.2.3空化對湍動能分佈的影響141
7.3含氣率對多相混輸泵空化性能的影響142
7.3.1多相混輸泵葉輪內氣-汽相分佈143
7.3.2葉輪周向汽相體積分數變化規律149
7.4臨界空化斷裂工況下瞬態水動力特性150
7.4.1臨界空化斷裂工況葉輪上的瞬態軸向力150
7.4.2臨界空化斷裂工況葉輪上的瞬態徑向力151
7.4.3臨界空化斷裂工況導葉上的瞬態徑向力151
7.5本章小結152

第8章多相混輸泵內旋渦運動及湍流耗散特性154
8.1多相混輸泵內旋渦演變機理154
8.1.1流量對多相混輸泵內旋渦運動規律的影響154
8.1.2轉速對多相混輸泵內旋渦運動規律的影響155
8.1.3含氣率對多相混輸泵內旋渦運動規律的影響155
8.2多相混輸泵增壓單元內湍流耗散特性164
8.2.1含氣率對多相混輸泵內湍流耗散分佈規律的影響165
8.2.2流量對多相混輸泵內湍流耗散分佈規律的影響170
8.3本章小結176

第9章多相混輸泵能量轉換特性179
9.1多相混輸泵葉片壓力載荷分佈規律179
9.1.1純液條件下多相混輸泵葉片壓力載荷分佈規律179
9.1.2氣液兩相條件下多相混輸泵葉片壓力載荷分佈規律183
9.2多相混輸泵葉輪域能量變化規律188
9.2.1純液條件下多相混輸泵葉輪域能量變化規律188
9.2.2氣液兩相條件下多相混輸泵葉輪域能量變化規律191
9.3多相混輸泵葉輪域能量轉換特性193
9.3.1純液條件下多相混輸泵葉輪域能量轉換特性193
9.3.2氣液兩相條件下多相混輸泵葉輪域能量轉換特性197
9.4多相混輸泵增壓單元內的能量損失200
9.4.1能量損失計算方法200
9.4.2增壓單元內能量損失分析201
9.5空化對多相混輸泵能量轉換特性的影響206
9.5.1空化對多相混輸泵做功性能的影響206
9.5.2空化對多相混輸泵內能量損失的影響212
9.6本章小結215

第10章多相混輸泵流固耦合特性217
10.1多相混輸泵葉片應力應變分佈規律217
10.1.1黏度對多相混輸泵葉片應力應變分佈規律的影響217
10.1.2流量對多相混輸泵葉片應力應變分佈規律的影響219
10.1.3含氣率對多相混輸泵葉片應力應變分佈規律的影響223
10.2多相混輸泵轉子模態特性227
10.2.1預應力對多相混輸泵轉子動力學特性的影響227
10.2.2泵軸約束對多相混輸泵轉子動力學特性的影響228
10.2.3泵軸約束對多相混輸泵轉子臨界轉速的影響231
10.3本章小結231
參考文獻233