本書(shū)系統(tǒng)地闡述了固液兩相流泵基本理論與設(shè)計(jì)方法，主要內(nèi)容包括固液兩相流基礎(chǔ)知識(shí)，固液兩相流泵概述，雜質(zhì)泵，無(wú)堵塞泵，固液兩相流泵水力設(shè)計(jì)，固液兩相流泵工作特性，固液兩相流泵水動(dòng)力特性，固液兩相流泵內(nèi)固液兩相流動(dòng)特性與結(jié)構(gòu)，固液兩相流泵磨蝕、腐蝕機(jī)理與防護(hù)，固液兩相流泵試驗(yàn)測(cè)試，固液兩相流泵計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，固液兩相流泵數(shù)值分析。本書(shū)內(nèi)容翔實(shí)，基礎(chǔ)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，選取案例均來(lái)自作者科研實(shí)踐，具有很高的實(shí)用性。本書(shū)對(duì)固液兩相流泵水力設(shè)計(jì)、性能評(píng)估、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)流場(chǎng)測(cè)試、磨蝕與腐蝕防護(hù)等具有較高的參考價(jià)值。
1）本書(shū)基于固液兩相流理論，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算的方法研究了固液兩相流泵內(nèi)兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)特性和水動(dòng)力特性等內(nèi)流機(jī)理，系統(tǒng)地給出了固液兩相流泵的設(shè)計(jì)方法，以及固液兩相流泵內(nèi)兩相流非定常流動(dòng)特性和葉輪的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理。
2）本書(shū)內(nèi)容翔實(shí)，基礎(chǔ)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，選取案例均來(lái)自作者科研實(shí)踐，具有很高的實(shí)用性。
3）本書(shū)對(duì)固液兩相流泵的水力設(shè)計(jì)、性能評(píng)估、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)流場(chǎng)測(cè)試、磨蝕與腐蝕防護(hù)等具有較高的參考價(jià)值。
固體物料的水力輸送是固液兩相流動(dòng)典型的工程應(yīng)用，固液兩相流泵是針對(duì)固液兩相流動(dòng)的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的，其在輸送固液兩相流體時(shí)具有突出的優(yōu)越性，如高效、耐磨、抗堵塞等。固液兩相流泵的葉輪在輸送固液兩相流體時(shí)的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理和非定常流體動(dòng)力學(xué)行為是流體機(jī)械和多相流體力學(xué)新的研究方向。不論是固液兩相流泵內(nèi)的固液兩相流動(dòng)特性，還是旋轉(zhuǎn)水力機(jī)械內(nèi)的非定常多相流動(dòng)流體，其動(dòng)力學(xué)行為都是目前和今后水力機(jī)械和多相流體動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域亟待研究的熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)性的課題之一。
本書(shū)基于固液兩相流理論，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算的方法研究固液兩相流泵內(nèi)非定常固液兩相流動(dòng)特性和能量轉(zhuǎn)化機(jī)理，系統(tǒng)地給出了固液兩相流泵的設(shè)計(jì)方法，以及固液兩相流泵內(nèi)兩相流非定常流動(dòng)特性和葉輪的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理，為該類泵設(shè)計(jì)理論的完善和應(yīng)用提供參考依據(jù)。鑒于固液兩相流泵種類繁多，本書(shū)以固液兩相流泵中具有代表性的泵種作為主要講解對(duì)象，其中，雜質(zhì)泵主要選渣漿泵，無(wú)堵塞泵以螺旋離心泵、旋流泵為代表，分別分析和總結(jié)固液兩相流泵基本理論、水力設(shè)計(jì)、工作特性和水動(dòng)力特性等，得出其輸送固液兩相流時(shí)非定常流動(dòng)特性和葉片的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理，促進(jìn)該類固液兩相流體泵內(nèi)部流動(dòng)理論和水力設(shè)計(jì)理論的深入研究，使該類泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有重要的意義。本書(shū)的研究成果進(jìn)一步夯實(shí)了固液兩相流水力機(jī)械的非定常流動(dòng)理論，并促進(jìn)了固液兩相流科學(xué)在水力輸送等工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
特別感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51579125、51969014、51609113、51079066、52179086）、甘肅省杰出青年人才計(jì)劃（20JR10RA204）、甘肅省自然科學(xué)基金（20JR5RA456）和蘭州理工大學(xué)紅柳優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃等資助。
衷心感謝日本大學(xué)彭國(guó)義教授對(duì)本書(shū)提出寶貴建議，同時(shí)，也感謝水力機(jī)械多相流課題組各位同仁的大力支持，感謝韓偉博士、李琪飛博士、申正精博士、杜媛英博士、史鳳霞博士、郭艷磊博士、黃祺博士、龔成勇博士和李兵、蘇吉鑫等碩士。本書(shū)還得到蘭州理工大學(xué)流體機(jī)械及工程系其他教師的支持，感謝課題組的楊雪玲、孫晨曦、劉曉藝、傅百恒、李瑾、王仁本、李光賢、張正杰、柴藝、袁仕芳、郭建慧、柴小煜和王鵬業(yè)等碩士研究生。在本書(shū)撰寫(xiě)過(guò)程中，參考和引用了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在此對(duì)這些文獻(xiàn)的作者一并表示真摯的謝意。
作者
序
前言
第1章固液兩相流基礎(chǔ)知識(shí)1
1.1固液兩相流基本理論1
1.1.1相與相現(xiàn)象1
1.1.2固液兩相流簡(jiǎn)介3
1.1.3固液兩相流發(fā)展史及研究方法4
1.2固液兩相流基本物性7
1.2.1單顆粒基本參數(shù)7
1.2.2兩相流基本參數(shù)8
1.2.3顆粒粒度測(cè)量方法12
1.3固液兩相流中顆粒特性14
1.3.1顆粒動(dòng)力學(xué)特性14
1.3.2顆粒群特性17
1.4固液兩相流分類17
1.4.1按固液兩相組成分類17
1.4.2按顆粒尺寸分類18
1.4.3按顆粒雷諾數(shù)Rep分類18
1.4.4按固相體積分?jǐn)?shù)分類19
1.5漿體基本參數(shù)19
1.5.1漿體主要表征參數(shù)19
1.5.2泥漿的基本參數(shù)21
1.6沉降流速23
1.6.1固液兩相流沉降概況23
1.6.2靜水中顆粒自由沉降23
1.6.3固液兩相流沉降的影響因素25
1.7典型固液兩相流26
1.7.1低濃度含沙水26
1.7.2高濃度含沙水27
參考文獻(xiàn)29
第2章固液兩相流泵概述31
2.1固液兩相流泵簡(jiǎn)介31
2.2固液兩相流泵分類31
2.2.1按應(yīng)用類型分類31
2.2.2按泵的作用原理分類32
2.2.3按輸送介質(zhì)的性質(zhì)分類32
2.2.4按結(jié)構(gòu)形式分類32
參考文獻(xiàn)33
第3章雜質(zhì)泵34
3.1渣漿泵34
3.1.1簡(jiǎn)介34
3.1.2結(jié)構(gòu)形式34
3.1.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)35
3.1.4渣漿泵的設(shè)計(jì)方法與難點(diǎn)36
3.1.5渣漿泵的密封與磨蝕防護(hù)36
3.1.6渣漿泵的應(yīng)用37
3.1.7渣漿泵作業(yè)注意事項(xiàng)37
3.2砂泵38
3.2.1簡(jiǎn)介38
3.2.2結(jié)構(gòu)39
3.2.3砂泵類型40
3.2.4選型與使用41
3.2.5應(yīng)用42
3.3挖泥泵42
3.3.1簡(jiǎn)介42
3.3.2采砂原理42
3.3.3結(jié)構(gòu)42
3.3.4應(yīng)用43
3.4泥漿泵44
3.4.1簡(jiǎn)介44
3.4.2容積式泥漿泵44
3.4.3立式泥漿泵47
3.4.4泥漿泵的應(yīng)用47
參考文獻(xiàn)48
第4章無(wú)堵塞泵49
4.1螺旋離心泵49
4.1.1簡(jiǎn)介49
4.1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)49
4.1.3運(yùn)行特性50
4.1.4應(yīng)用51
4.2旋流泵51
4.2.1簡(jiǎn)介51
4.2.2工作原理51
4.2.3結(jié)構(gòu)51
4.2.4運(yùn)行特性52
4.2.5設(shè)計(jì)理論52
4.2.6應(yīng)用53
4.3流道式無(wú)堵塞泵53
4.3.1簡(jiǎn)介53
4.3.2單流道無(wú)堵塞泵53
4.3.3雙流道無(wú)堵塞泵55
4.4紙漿泵57
4.4.1簡(jiǎn)介57
4.4.2性能特點(diǎn)57
4.4.3應(yīng)用57
4.5其他類型固液兩相流泵57
4.5.1固液兩相軸流泵簡(jiǎn)介58
4.5.2軸流泵結(jié)構(gòu)58
4.5.3軸流泵水力設(shè)計(jì)方法59
4.5.4輸送固液兩相流特性59
4.5.5軸流泵作為輸河沙水應(yīng)用60
參考文獻(xiàn)60
第5章固液兩相流泵水力設(shè)計(jì)62
5.1固液兩相流泵傳統(tǒng)水力設(shè)計(jì)方法62
5.1.1一維葉片設(shè)計(jì)理論62
5.1.2基于兩類流面的準(zhǔn)三維反問(wèn)題計(jì)算62
5.1.3基于渦面的全三維葉片設(shè)計(jì)理論63
5.2傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展63
5.2.1經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛽Q算法63
5.2.2經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)速度系數(shù)設(shè)計(jì)法64
5.2.3葉片型線設(shè)計(jì)研究64
5.2.4基于人工智能的專家系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)65
5.2.5三元流動(dòng)設(shè)計(jì)理論65
5.3固液兩相流泵設(shè)計(jì)66
5.3.1固液兩相流泵設(shè)計(jì)基本思想66
5.3.2固液兩相流泵設(shè)計(jì)原則66
5.4基于兩相流理論的設(shè)計(jì)方法67
5.4.1兩相流畸變速度設(shè)計(jì)法67
5.4.2兩相流速度比設(shè)計(jì)法67
5.4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性72
5.5葉片型線設(shè)計(jì)法73
5.5.1漸開(kāi)線73
5.5.2等角螺旋線74
5.6螺旋離心泵葉輪葉片型線方程75
5.6.1螺旋線方程75
5.6.2葉片曲面型線方程76
5.7固液兩相流泵水力設(shè)計(jì)實(shí)例螺旋離心泵80
5.7.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)80
5.7.2固液兩相流型線設(shè)計(jì)方法92
參考文獻(xiàn)95
第6章固液兩相流泵工作特性96
6.1固液兩相流泵性能基本參數(shù)和清水介質(zhì)性能96
6.1.1泵的性能參數(shù)96
6.1.2固液兩相流泵輸送清水時(shí)的性能97
6.2泵輸送固液兩相流時(shí)的性能99
6.2.1泵送漿體時(shí)表征性能參數(shù)99
6.2.2工作壓力101
6.2.3泵送漿體時(shí)性能試驗(yàn)101
6.2.4渣漿泵的運(yùn)行性能101
6.3渣漿泵的汽蝕特性102
6.3.1泵無(wú)汽蝕運(yùn)行的條件102
6.3.2有效汽蝕余量計(jì)算103
6.4螺旋離心泵的工作特性104
6.4.1固液兩相流介質(zhì)含沙水假設(shè)104
6.4.2含沙水下的性能變化105
6.4.3螺旋離心泵工作特性分析107
參考文獻(xiàn)109
第7章固液兩相流泵水動(dòng)力特性110
7.1螺旋離心泵內(nèi)葉輪水動(dòng)力特性110
7.1.1葉輪軸向力、徑向力110
7.1.2固液兩相流介質(zhì)對(duì)水動(dòng)力特性的影響112
7.2螺旋離心泵瞬變流水動(dòng)力響應(yīng)115
7.2.1螺旋離心泵瞬變流特性115
7.2.2螺旋離心泵瞬變流水動(dòng)力分析122
參考文獻(xiàn)122
第8章固液兩相流泵內(nèi)固液兩相流動(dòng)特性與結(jié)構(gòu)123
8.1螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流流動(dòng)特性123
8.1.1數(shù)值模擬條件123
8.1.2螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流動(dòng)特性123
8.1.3固相對(duì)螺旋離心泵磨損特性分析138
8.1.4螺旋離心泵內(nèi)葉輪工作機(jī)理140
8.2螺旋離心泵內(nèi)固液兩相場(chǎng)空間分布及速度滑移141
8.2.1相速度和相含率分布142
8.2.2固液兩相速度滑移現(xiàn)象143
8.3螺旋離心泵內(nèi)固液兩相場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)145
8.3.1泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)理論分析145
8.3.2螺旋離心泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)146
8.3.3螺旋離心泵內(nèi)渦量與渦結(jié)構(gòu)147
8.4旋流泵內(nèi)部流動(dòng)特性及結(jié)構(gòu)形式149
8.4.1旋流泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)描述149
8.4.2旋流泵模型建立151
8.4.3旋流泵無(wú)葉腔的內(nèi)流特性分析153
8.4.4旋流泵內(nèi)流機(jī)理及內(nèi)流結(jié)構(gòu)模型建立160
8.5旋流泵內(nèi)流體流動(dòng)結(jié)構(gòu)演變特性164
8.5.1特征參數(shù)定義164
8.5.2形狀系數(shù)對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響165
8.5.3幾何關(guān)聯(lián)系數(shù)對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響167
8.5.4旋流泵內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)演變特性167
參考文獻(xiàn)168
第9章固液兩相流泵磨蝕、腐蝕機(jī)理與防護(hù)170
9.1固液兩相流泵磨蝕研究現(xiàn)狀170
9.1.1泵磨蝕國(guó)外研究現(xiàn)狀170
9.1.2泵磨蝕國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀171
9.1.3渣漿泵磨蝕研究現(xiàn)狀174
9.1.4磨蝕及空化對(duì)固液兩相流泵運(yùn)行影響174
9.2固液兩相流泵磨蝕特性175
9.2.1磨蝕機(jī)理175
9.2.2磨損理論177
9.2.3固液兩相流泵磨蝕特性分析179
9.2.4影響磨損特性的因素182
9.3固液兩相流泵腐蝕184
9.3.1腐蝕類型184
9.3.2帶有機(jī)械應(yīng)力腐蝕185
9.3.3腐蝕其他影響因素186
9.4磨蝕數(shù)值計(jì)算模型186
9.4.1沖蝕速率187
9.4.2Fluent中的沖蝕模型187
9.4.3CFX中的沖蝕模型187
9.5固液兩相流泵磨蝕數(shù)值分析應(yīng)用實(shí)例190
9.5.1顆粒體積分?jǐn)?shù)變化190
9.5.2葉輪域速度變化191
9.5.3磨蝕云圖191
9.5.4結(jié)論192
9.6固液兩相流泵防磨蝕措施及技術(shù)192
9.6.1水力設(shè)計(jì)中的抗磨措施192
9.6.2運(yùn)行中的抗磨措施193
9.6.3抗磨材質(zhì)的應(yīng)用193
9.6.4涂層技術(shù)193
9.6.5高分子復(fù)合材料應(yīng)用194
參考文獻(xiàn)194
第10章固液兩相流泵試驗(yàn)測(cè)試196
10.1固液兩相流泵試驗(yàn)概述196
10.2固液兩相流泵試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)與性能測(cè)試197
10.2.1兩種試驗(yàn)臺(tái)的適用性197
10.2.2兩種試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)198
10.3固液兩相流泵性能試驗(yàn)198
10.3.1性能試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)199
10.3.2性能試驗(yàn)方法199
10.3.3性能試驗(yàn)計(jì)算200
10.3.4注意事項(xiàng)200
10.4固液兩相流泵其他綜合試驗(yàn)201
10.4.1泵的汽蝕試驗(yàn)201
10.4.2泵的振動(dòng)試驗(yàn)202
10.4.3泵的噪聲試驗(yàn)205
10.5固液兩相流泵內(nèi)流場(chǎng)顯示測(cè)試研究209
10.5.1傳統(tǒng)流動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究209
10.5.2現(xiàn)代流動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展過(guò)程210
10.5.3PIV測(cè)試技術(shù)212
10.5.4高速動(dòng)態(tài)攝影技術(shù)218
10.5.5固液兩相流泵流場(chǎng)顯示測(cè)試的難點(diǎn)和處理方法219
參考文獻(xiàn)221
第11章固液兩相流泵計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)223
11.1固液兩相流泵計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例223
11.1.1設(shè)計(jì)思想223
11.1.2功能模塊劃分及流程圖223
11.1.3設(shè)計(jì)過(guò)程224
11.2固液兩相流泵建模228
11.2.1蝸殼水體建模228
11.2.2葉輪水體建模232
11.2.3文件保存236
參考文獻(xiàn)237
第12章固液兩相流泵數(shù)值分析238
12.1固液兩相流泵數(shù)值計(jì)算方法238
12.1.1固液兩相流數(shù)值計(jì)算流程238
12.1.2固液兩相流數(shù)值計(jì)算處理方法238
12.1.3固液兩相流數(shù)值模擬的難點(diǎn)和關(guān)鍵性問(wèn)題239
12.1.4固液兩相流數(shù)值模型239
12.1.5固液兩相流數(shù)值模擬的常用方法240
12.2固液兩相流泵網(wǎng)格劃分241
12.2.1網(wǎng)格劃分流程241
12.2.2ICEM網(wǎng)格劃分操作步驟242
12.2.3網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢查247
12.3固液兩相流泵Fluent兩相流數(shù)值計(jì)算248
12.3.1固液兩相流數(shù)值邊界條件249
12.3.2數(shù)值計(jì)算方法249
12.3.3計(jì)算迭代殘差設(shè)置249
12.3.4計(jì)算收斂性的判定250
12.3.5數(shù)值模擬設(shè)置過(guò)程250
12.3.6數(shù)值模擬結(jié)果處理259
12.4固液兩相流泵CFX數(shù)值計(jì)算260
12.4.1旋流泵模型建立261
12.4.2全流場(chǎng)CFX數(shù)值設(shè)置262
12.4.3進(jìn)行計(jì)算及CFX-POST后處理268
12.5固液兩相流泵內(nèi)兩相流CFX數(shù)值計(jì)算270
12.5.1網(wǎng)格劃分270
12.5.2邊界條件270
12.5.3后處理276
參考文獻(xiàn)281
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