本書主要從數(shù)值模擬的角度闡述了多相混輸泵內(nèi)部流動特性的數(shù)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(nèi)容包括：概述、多相混輸泵數(shù)值計算基本理論與方法、基于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(nèi)氣液兩相流動機理、多相混輸泵空化特性、多相混輸泵內(nèi)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。本書不僅對研制高效、大流量、高揚程以及穩(wěn)定性高的多相混輸泵具有重要的指導作用，而且對推動我國深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義和工程應用價值。
1）本書主要從數(shù)值模擬的角度闡述了多相混輸泵內(nèi)流特性的數(shù)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。
2）本書主要內(nèi)容包括：概述、多相混輸泵數(shù)值計算基本理論與方法、基于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(nèi)氣液兩相流動機理、多相混輸泵空化特性、多相混輸泵內(nèi)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。
3）本書不僅對研制高效、大流量、高揚程以及穩(wěn)定性高的多相混輸泵具有重要的指導作用，而且對推動我國深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義和工程應用價值。
多相混輸泵是用于海洋礦產(chǎn)資源開采后輸送的主要設備之一，在多相介質輸送方面具有重要的地位。從20世紀開始，國外一些科研機構就已經(jīng)開始對多相混輸技術展開系列研究，并逐漸有成熟的產(chǎn)品應用于油氣混輸領域，而國內(nèi)對多相混輸技術的研究則相對較為落后，在技術方面還有待進一步提升。在實際工程應用中，多相混輸泵輸送的介質中含氣率常達80%以上，甚至更高，且氣液比不定時變化，易出現(xiàn)較大的旋渦。這樣的流動過程易引起混輸泵效率和揚程大幅降低，甚至出現(xiàn)較大的振動和噪聲等，嚴重影響多相流介質的輸送。為了提高多相混輸泵的穩(wěn)定性，實現(xiàn)其國產(chǎn)化，首先必須掌握其內(nèi)部流動機理。本書主要從數(shù)值模擬的角度闡述了多相混輸泵內(nèi)部流動特性的數(shù)值計算基本理論和基本方法，提出了一種多相混輸泵的水力設計方法，進而分析多相混輸泵的水力性能、內(nèi)部流動機理、空化特性、能量轉換特性及流固耦合特性等。這些內(nèi)容不僅對研制高效、大流量、高揚程及穩(wěn)定性高的多相混輸泵具有重要的指導作用，而且對推動我國深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義和工程應用價值。
本書的研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃“分布式光伏與梯級小水電互補聯(lián)合發(fā)電技術研究及應用示范（2018YFB0905200）”、四川省動力工程及工程熱物理“雙一流”學科建設項目，以及流體及動力機械教育部重點實驗室、流體機械及工程四川省重點實驗室、四川省水電能源動力裝備技術工程研究中心、清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室開放基金（sklhse-2021-E-03）和四川省教育廳科研項目（17ZA0366）的大力支持。
本書基于作者多年研究成果撰寫而成，很多成果已經(jīng)在國內(nèi)外重要期刊公開發(fā)表。本書共分10章，其中，第1章由西華大學劉小兵、付成華撰寫，第2～10章由西華大學史廣泰撰寫。全書由史廣泰進行章節(jié)設計和統(tǒng)稿。
在本書撰寫過程中，得到了西華大學文海罡老師和張惟斌老師等人的大力支持，謹在此致以衷心的感謝。同時還要感謝本課題組所有研究生在本書撰寫過程中進行的大量工作。在本書撰寫過程中，參考和引用了大量的國內(nèi)外相關文獻，在此對這些文獻的作者一并表示感謝。后向參與本書審稿工作的專家表示真誠的感謝。
限于作者的能力和水平，加之時間倉促，書中難免有不當之處，敬請讀者批評指正。
作者
前言
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(shù)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(tài)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(shù)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(wǎng)格劃分33
3.3.1過流部件幾何建模33
3.3.2過流部件網(wǎng)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章基于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(nèi)瞬態(tài)水動力特性60
5.2.2液相黏度對多相混輸泵內(nèi)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(nèi)壓力脈動特性68
5.3本章小結75
第6章多相混輸泵內(nèi)氣液兩相流動機理77
6.1多相混輸泵內(nèi)氣相分布規(guī)律77
6.1.1含氣率對多相混輸泵內(nèi)氣液兩相分布規(guī)律的影響77
6.1.2流量對多相混輸泵內(nèi)氣液兩相分布規(guī)律的影響79
6.1.3轉速對多相混輸泵內(nèi)氣液兩相分布規(guī)律的影響88
6.1.4液相黏度對多相混輸泵內(nèi)氣液兩相分布規(guī)律的影響92
6.1.5不同增壓單元葉輪內(nèi)氣液兩相分布規(guī)律102
6.2多相混輸泵內(nèi)壓力分布規(guī)律108
6.2.1純液條件下多相混輸泵內(nèi)壓力分布規(guī)律108
6.2.2液相黏度對多相混輸泵內(nèi)壓力分布規(guī)律的影響113
6.2.3含氣率對多相混輸泵內(nèi)壓力分布規(guī)律的影響115
6.2.4流量對多相混輸泵內(nèi)壓力分布規(guī)律的影響117
6.3多相混輸泵內(nèi)速度分布規(guī)律118
6.3.1純液條件下多相混輸泵內(nèi)速度分布規(guī)律118
6.3.2液相黏度對多相混輸泵內(nèi)速度分布規(guī)律的影響120
6.3.3含氣率對多相混輸泵內(nèi)速度分布規(guī)律的影響122
6.3.4流量對多相混輸泵內(nèi)速度分布規(guī)律的影響124
6.4多相混輸泵內(nèi)流線分布規(guī)律125
6.4.1純液條件下多相混輸泵內(nèi)流線分布規(guī)律125
6.4.2含氣率對多相混輸泵內(nèi)流線分布規(guī)律的影響126
6.5多相混輸泵內(nèi)湍動能分布規(guī)律128
6.5.1純液條件下多相混輸泵內(nèi)湍動能分布規(guī)律128
6.5.2含氣率對多相混輸泵內(nèi)湍動能分布規(guī)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(nèi)流特性的影響134
7.2.1空化對壓力分布的影響134
7.2.2空化對速度分布的影響137
7.2.3空化對湍動能分布的影響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(nèi)氣-汽相分布143
7.3.2葉輪周向汽相體積分數(shù)變化規(guī)律149
7.4臨界空化斷裂工況下瞬態(tài)水動力特性150
7.4.1臨界空化斷裂工況葉輪上的瞬態(tài)軸向力150
7.4.2臨界空化斷裂工況葉輪上的瞬態(tài)徑向力151
7.4.3臨界空化斷裂工況導葉上的瞬態(tài)徑向力151
7.5本章小結152
第8章多相混輸泵內(nèi)旋渦運動及湍流耗散特性154
8.1多相混輸泵內(nèi)旋渦演變機理154
8.1.1流量對多相混輸泵內(nèi)旋渦運動規(guī)律的影響154
8.1.2轉速對多相混輸泵內(nèi)旋渦運動規(guī)律的影響155
8.1.3含氣率對多相混輸泵內(nèi)旋渦運動規(guī)律的影響155
8.2多相混輸泵增壓單元內(nèi)湍流耗散特性164
8.2.1含氣率對多相混輸泵內(nèi)湍流耗散分布規(guī)律的影響165
8.2.2流量對多相混輸泵內(nèi)湍流耗散分布規(guī)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布規(guī)律179
9.1.1純液條件下多相混輸泵葉片壓力載荷分布規(guī)律179
9.1.2氣液兩相條件下多相混輸泵葉片壓力載荷分布規(guī)律183
9.2多相混輸泵葉輪域能量變化規(guī)律188
9.2.1純液條件下多相混輸泵葉輪域能量變化規(guī)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(guī)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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布規(guī)律217
10.1.1黏度對多相混輸泵葉片應力應變分布規(guī)律的影響217
10.1.2流量對多相混輸泵葉片應力應變分布規(guī)律的影響219
10.1.3含氣率對多相混輸泵葉片應力應變分布規(guī)律的影響223
10.2多相混輸泵轉子模態(tài)特性227
10.2.1預應力對多相混輸泵轉子動力學特性
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