基于CFD的在线式高剪切匀桨泵的研究

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高剪切匀浆泵与普通搅拌混合设备相比,结构完全不同,它采用在线式设计,设备进出口(或辅助进料口)法兰与生产工艺管线直接连接。高剪切匀浆泵兼有泵的形态和搅拌器的作用,能对物料进行均匀混合且满足在线式生产。   随着国民经济的发展、人民生活水平的不断提高,国内化工、食品等行业中对物料的分散、细化与均质加工的要求越来越高,采用传统的高压均质机、胶体磨、辗磨机等设备不但能耗高、效率低、且不能在线化连续运作。高剪切匀浆泵则解决了这些问题,以往国内的剪切匀浆泵主要依赖进口,不仅价格昂贵而且使用性能并不理想。要提高我国化工、食品等行业的产品竞争能力,首先必须提高我国机械装备的技术水平,均质设备的发展是其中关键之一。   高剪切匀浆泵目前尚无完整的设计理论,更多的是依赖于经验设计,其设计计算主要集中在对剪切功率及转子零、部件的强度计算上。对于设计的设备所能达到的剪切混合效果,很难用量化的指标来衡量,借助于CFD方法对高剪切匀浆泵内部特性进行理论计算和分析来验证设计的合理与否。本课题结合中国石化股份有限公司国产化项目《高剪切匀浆泵的研制》,采用经验系数和模型换算法对JQB型高剪切匀浆泵进行总体结构设计和转轮部分设计。   高剪切匀浆泵内流场是两相流,采用CFD软件FLUENT进行两相流场模拟。分析了剪切泵内流场的宏观规律、速度特性等,结果表明剪切泵内流道通畅,能对物料起到比较好的混合均匀效果。通过对不同流量和转速分别进行CFD数值模拟,并对其流场进行横向比较,分析其参数对流场的影响规律,结果表明在一定范围内随着流量增大,两相混合速率变慢;而随着转速的增加,两相混合速率变快。   为保证剪切泵达到标准规定的性能要求,采用CFD方法对整机模型进行单一介质的内部速度场和压力场分析,并对性能进行预测。性能预测结果表明,剪切泵的性能指标符合标准要求。   依据标准对样机进行清水的型式试验。样机的性能试验表明剪切泵性能参数达到标准要求;性能试验值与性能预测值进行对比其相对误差约为3%;依据标准对剪切泵进行振动和噪声的试验,振动和噪声均达到标准规定的B级。   通过优化设计、数值模拟、性能预测和试验研究,样机性能指标满足了工艺流程需要,经实际的连续运行考核证明设备运转振动小、噪声低、无泄漏、可靠性高,工业性运转效果良好。
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