Page 68 - 2023年第54卷第12期

阻力模型采用 Ｗｅｎ － Ｙｕ模型，该阻力模型被推荐用于固相体积分数小于 ２０％的情况 ［２７ － ２８］ ；两相流湍流
模型采用 Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ模型，因为该模型考虑了相间阻力和滑移速度的影响，是目前应
用较多的一种多相流湍流模型 ［２９］ 。

图 ６ 计算域及网格划分 图 ７ 网格无关性检查

数值计算采用 Ｆｌｕｅｎｔ，计算域为速度进口，额定工况下固液两相的进口速度为 ３．２７ｍ?ｓ，并给定
进口固相体积分数 ０．００１８８；叶轮设为旋转部件，转速为 １４５０ｒ?ｍｉｎ；出口为自由出流；叶轮出口和蜗
壳进口设为动静交接面，采用冻结转子法；过流部件壁面不考虑粗糙度，为光滑壁面，液相采用无滑
移壁面，固相采用自由滑移壁面，近壁区应用标准壁面函数进行求解。
４．３ 磨损模型 本文采用的是图尔萨大学的 ＭｃＬａｕｒｙ磨损模型 ［３０］ ，该磨损模型是目前固液两相流计
算磨损率常用的模型，具体表达式如下：
ａ
Ｗ ＝ Ｃ（Ｂ ） － ０ ．５９ ＦｖＦ（ θ ） （４）
Ｒ Ｈ ｓ ｓ
２ ３ ４ ５
Ｆ（ θ ） ＝５ ．４ θ － １０ ．１１ θ＋ １０ ．９３ θ－ ６ ．３３ θ＋ １ ．４２ θ （５）
Ｅ ＝ Ｗ ｍ ｓａｎｄ ?Ａ ｃｅｌｌ （６）
Ｒ
Ｒ
式中：Ｗ 为磨损失重率，壁面磨损失去的质量与颗粒质量的比值；Ｂ 为壁面材料的布氏硬度；Ｆ为颗
Ｒ Ｈ ｓ
粒形状系数，本文的颗粒形状考虑为球形颗粒，颗粒形状系数取 Ｆ ＝ ０．２；ｖ为固相速度；θ 为颗粒冲
ｓ ｓ
－ ７
击角；ａ为经验常数，取 ２．４１；Ｃ为经验常 数，取 ２．１７ × １０ ；Ｅ 为 磨 损率；ｍ ｓａｎｄ 为 固相 质量流量；
Ｒ
Ａ 为计算单元壁面网格面积。
ｃｅｌｌ
５ 结果与分析

本文以黄河沿岸泵站经过沉砂池后的过泵平均含沙条件为计算工况。输送介质为含沙水，液相密
３ ３
度 ρ ｌ ＝ １０００ｋｇ?ｍ ，固相颗粒粒径 ｄ＝ ２５μ ｍ，固相体积浓度 α ｓ ＝ ０．１８８％，颗粒相的密度为 ρ ｓ ＝ ２６５０ｋｇ?ｍ。
ｓ
选取 ０．６Ｑ、０．８Ｑ、１．０Ｑ、１．２Ｑ、１．４Ｑ 五个流量工况对离心泵固液两相流进行定常计算。３种方案
ｒ
ｒ
ｒ
ｒ
ｒ
的离心泵和原泵相比，蜗壳相同，仅叶轮不同。
５．１ 外特性验证和分析 图 ８给出了原离心泵和 ３种方
案得到离心泵外特性的对比曲线。图中，额定工况时原
泵的试验值来自于文献［ ３１］中 ＤＭ１０离心泵。由图可知，
对比图中原泵效率和扬程的计算值和试验值后发现，原
泵在额定工 况 时 的 效 率 和 扬 程 计 算 值 与 试 验 值 较 吻 合，
扬程的计算误差为 ９．１％，效率的计算误差为 ８．５％，计算
误差在可接受的范围内。因此，本研究采用的离心泵计
算模型合理、可靠，计算结果可用于离心泵内流场的进
一步计算与分析。
由图 ８可知，三个方案得到的离心泵扬程和效率均 图 ８ 原泵和 ３种方案得到离心泵外特性对比

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