论文总字数：30431字

摘 要

离心泵，作为现在主流的一种泵，并且是种种不同的泵中的得到极其广泛应用的最多的一种。泵内灌满流体之后，在供能部件（输入电机）的供能下，泵内部的加速部件（叶轮）以高速进行做回旋运动，又由于离心力的存在，其使工作介质在其自然作用下被其以较快速度排出，高速排出的工作介质然后汇集到蜗壳的收集流道，实现功能转换，当工作介质从蜗壳出液口流道甩出的同时，之前的叶轮中心低压或真空出现，又因为进液口外部的工作介质中的大气压存在，两者出现了压力差而把后面的工作介质压入进液口，周而复始的进行之前的工作流程，使离心泵不断工作。

本课题研究了以熔盐为工作介质的离心泵的流动情况，先用三维建模软件建模，然后用CFD仿真技术对其内部两相流做了数据模拟流场，较为可靠高效的对熔盐泵进行剖析。本课题研究的重要内容结论如下：

（1）对熔盐泵的整体流动情况较为可靠的模拟，在FLUENT软件中选中了其自带的多参考坐标系模型（MRF），作为计算模型，较为可靠高效的对熔盐泵进行了定常性能的计算模拟。压力面处的压力分布明显高于其同一部位的吸力面；由进液口吸入的熔盐介质，在每两个叶片之间的区域中，压力分布随着介质流动方向沿径向不断逐步增高；熔盐泵内部两相流的流场分布由于其结构的不对称而不对称。

（2）采随着固相颗粒直径的不断增大，在叶片吸力面的固相颗粒体积分数分布逐渐增大，并且越远离蜗壳出口处的叶片的吸力面体积分布越多，平均的固相颗粒的体积分数的分布较为集中于远离蜗壳出口处的叶片的吸力面，磨损会出现极大情况。

（3）随着熔盐泵内熔盐固相颗粒直径的逐渐增大，其水力效率也在逐渐降低，其水力轴功率的能力在逐渐提升，其可以泵送到达的高度即扬程逐渐减小。

关键词：熔盐泵 两相流 数值模拟 性能预测

ABSTRACT

Centrifugal pumps, which is most popular among all different kinds of pumps, have taken up the most majority position in industrial production. It works in the following order: when inside pump is full of working fluid, with the input energy provided by motor, the impellers start to do the rotation. During this, the input energy has been transferred into kinetic energy of fluids. Finally, fluids have been collected by the volute, which means that kinetic energy has been turned into potential energy and pressure energy. Once the former fluids have been pumped into set height, the inlet will turn to be lower pressure than atmosphere and then the latter fluids can be sucked in due to the pressure difference.

In this dissertation, fuse salt was the working fluids which need pumping. CFD simulation software was applied to simulate the two-phase flow conditions and highly efficient predicted the normal performances. The main research content and conclusions are as follows:

(1) Multiple reference frame (MRF) model provided by the FLUENT software was applied. The steady characteristics of centrifugal pump were predicted. Pressure distribution of the working side was much higher than that of the same position of suction side. During every two impellers, the pressure of fused salts sucked into was on a rise along itself flow path. The flow conditions was not always the same for both sides due to it’s different structures.

(2) As the diameter of particle in the fused salts went higher, the volume fraction distribution in the suction side had a trend to be more and those which were away from outlet side had even more distribution, consequently there the damages would occurred.

(3) As the diameter of particle in the fused salts went higher, the efficiency and head of pump went down. On the contract, the power of pump had been enlarged.

Key words: Fused-salt Pump；Two-phase flow；Numerical Simulation；Performance prediction

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1 课题的研究背景和意义 1

1.2 离心泵的研究状况 1

1.3 离心泵的发展趋势 3

1.4 离心泵内部两相流的研究现状 3

第二章 熔盐介质的研究 5

2.1熔盐的概念和基本理论 5

2.1.1熔盐的概念 5

2.1.2熔盐的性质 6

2.1.3熔盐的结构 6

2.1.4熔盐结构的研究方法 7

2.2 熔盐介质的应用研究 9

2.2.1 传热介质的选择 9

2.2.2 熔盐应用的安全性 9

第三章 熔盐泵内部两相流的流动数值研究的基本理论及方法 11

3.1 熔盐泵的几何模型的建立 11

3.2控制方程和湍流模型 12

3.2.1控制方程 12

3.2.2湍流模型 13

3.3 网格划分 14

3.4 方法用来确定边界条件 16

3.4.1 进口边界条件 16

3.4.2 出口边界条件 17

3.4.3 壁面条件 18

第四章 熔盐泵外特性预测及内部流动分析 19

4.1 熔盐泵定常性能预测 19

4.1.1 熔盐泵的扬程 20

4.1.2 熔盐泵的水力轴功率 20

4.1.3 熔盐泵的水力效率 21

4.1.4 熔盐泵的定常性能曲线 22

4.2 熔盐泵内特性的定常流动的分析 23

4.2.1 不同颗粒直径下的内特性的混合物总压分布 24

4.2.2 不同颗粒直径下的内特性的混合物静压分布 32

4.2.3 不同颗粒直径下的内特性的固相颗粒的绝对速度分布 41

4.2.4 不同颗粒直径下的内特性的固相颗粒的体积分数的分布 48

第五章 结论与展望 56

5.1 结论 56

5.2 展望 56

参考文献 57

致 谢 59

第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

离心泵，作为现在主流的一种泵，并且是种种不同的泵中的得到极其广泛应用的最多的一种，其物理构造具有多样性，广泛应用于城市给水、农田灌溉、石油化工、船舶工业、航空航天等社会生活和国民经济的各个部门中^[1]。随着社会不断前进，同时离心泵技术在稳步发展，能够而且需要必须使用泵的情况出现越来越多，例如从涉及大型水利工程，如南水北调、三峡水电站，到广大人民的日常用水问题，从农业灌溉到排涝抢险救灾，越来越重要的作用都在被泵发挥着,可以毫不夸张的说，经济发展、社会稳定发展和人民稳定与泵的出现和使用是息息相关，不仅如此，在时间的车轮继续前行中，其应用范围将更加广泛、作用更大。

而对于本课题研究的两相流，与泵同样的具有较为重要的历史地位，其在多种跨行业的工业生产生活中使用出现的频率一直居高不下，例如在冶金、化工、电力，如在冶金行业中的选矿厂、冶炼厂和矿山充填生产过程中，常常要求测量泥浆状混合液中的固体（金属）量，以用于核算成本、回收金属或控制质量^[2]。

1.2 离心泵的研究状况

泵内灌满所需要工作的介质流体之后，在整个系统的供能部件（输入电机）的供能下，带来的就是泵内部的加速部件（叶轮）以高速进行做回旋运动，从而使叶轮使工作介质较快速度回旋。进一步又由于离心力的存在，其使工作介质在其自然作用下被其以较快速度排出，高速排出的工作介质然后汇集到蜗壳的收集流道，实现功能转换，即较大动能转换为压力能和势能，最后工作介质得以进入蜗壳出液口流道，当工作介质从蜗壳出液口流道甩出的同时，之前的叶轮中心就因为缺少介质流体而导致低压或真空出现，又因为进液口外部的工作介质中的大气压存在，两者出现了压力差而把后面的工作介质压入进液口，这样一来工作介质就进入离心泵内，再周而复始的进行之前的工作流程，使离心泵不断工作。

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