[00140870]固液兩相輸送污水泵關鍵技術及產業化

項目針對污水輸送過程中離心泵存在輸送效率低和磨損嚴重兩大問題,以固液兩相離心泵為研究對象,擬通過理論分析、數值計算和實驗測試等手段,重點研究固相屬性（包括密度、粒徑、濃度等）對固相運動軌跡及液相運動規律的影響,確定工況參數、固相屬性參數、泵水力輸送性能和過流部件磨損之間的相互關聯,建立固相屬性與污水泵各性能參數之間的關系式,揭示其流道內部磨損機理,最終提出以耐磨、提高效率和高通過能力為設計主線的高性能污水輸送離心泵的水力設計方法,并完成樣機研制。項目主要創新成果如下： （1）建立了污水泵內部復雜固液兩相流動的數值計算方法。首先對固液兩相流場中顆粒所受作用力進行分類,通過各類作用力的量級分析,確定了顆粒所受的作用力;然后基于歐拉一歐拉方法和顆粒直徑和相間作用力的關系,選擇相應的兩相流模型。顆粒直徑較小時,選擇基于代數滑移混合物模型;當顆粒直徑較大時,選擇離散項模型。 （2）確立了固相顆粒大小對污水泵水力性能及過流部件磨損程度的影響規律。隨著顆粒直徑的增加,泵計算揚程和效率隨之單調下降,而軸功率呈現先降后升的變化趨勢,葉片壓力面上的總壓整體上呈現逐步減小的趨勢,葉片壓力面固相濃度整體上呈現逐步下降的趨勢,壓力面與吸力面上總壓值相等的位置點在不斷前移。軸功率在某一顆粒直徑下存在最小值。當顆粒直徑為0.01mm時,葉片吸力面上的固相濃度幾乎不變。顆粒直徑變化對葉片前半段吸力面總壓變化不明顯。 （3）建立了固相濃度對污水泵綜合性能的影響關系。隨著輸送固相濃度的增加,泵進口總壓呈現逐步上升的趨勢,而泵出口總壓則呈現逐步下降的趨勢。盡管泵進口總壓隨著濃度上升而上升,但其上升的絕對變化值較小;而泵出口總壓下降則更為劇烈。隨著輸送固相濃度的增加,泵計算揚程和效率隨之單調下降,而軸功率則呈現單調上升變化趨勢。在葉片壓力面上,隨著輸送固相濃度的增加,固相濃度呈現不斷上升的趨勢。但是,對于任意一種輸送濃度,從葉片壓力面前緣到尾緣,固相濃度總體上呈現先大幅下降后小幅上升的變化趨勢。在高輸送濃度情形下,吸力面的后半段將是磨損的主要部位。隨著固相輸送濃度的增加,等壓平衡點的位置在不斷向葉片前緣點移動;同時葉片壓力面和吸力面上的等濃度點將會向葉片進口遷移。 （4）建立了固相顆粒密度與污水泵綜合性能的內在聯系。隨著固體顆粒密度的增加,泵計算揚程曲線呈現先降后升的趨勢,即揚程曲線存在最小值;泵效率曲線則呈現先升后降再升的變化趨勢,但總體變化并不顯著;泵軸功率呈現單調上升趨勢。當固相密度分別小于、等于和大于液相密度時,葉片壓力面上的固相濃度則呈現分別大于、等于和小于10%的分布規律。隨著輸送固體顆粒密度的增加,葉片壓力面上的固相濃度呈現逐漸減小的趨勢。固體顆粒密度大小對葉片吸力面前后部位的磨損程度呈現完全相反的影響趨勢。隨著輸送固相密度的增加,等壓平衡點的位置在不斷向葉片前緣點移動;但葉片壓力面和吸力面上的固相等濃度點位置將基本不變。輸送固液兩相流時的水力揚程與清水介質揚程二者之間差值隨著工況流量的增大呈現增大的趨勢。 （5）建立了污水泵幾何結構與水力性能及磨損程度的內在聯系。彎曲擴散體和直擴散體結構對模型泵的外特性影響并不顯著;而具有彎曲擴散體的泵模型比具有直擴散體的泵模型的計算揚程和效率都要偏高,但二者差別十分有限;直擴散體污水泵受到的固體顆粒磨損更小。隨著葉片出口角的增加,揚程呈現增加趨勢,而對效率曲線影響并不顯著。綜合,葉片出口角為30°的直擴散體污水泵的水力性能和磨損特性最好。