[发明专利]一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法。本发明过程为：采用高速摄影测量泵内两相流中颗粒的运动轨迹及速度分布；采用MATLAB和C语言编写颗粒两相流高速摄影图像处理的程序，计算泵内颗粒的瞬时相对速度；采用CFD方法对泵内清水流动工况进行数值计算，得到颗粒所在位置液流质点的相对速度；根据韦伯分布，建立w颗粒与w液体的函数关系式；基于液流质点速度建立颗粒速度计算公式；根据颗粒滑移速度的定义，建立泵内颗粒滑移速度计算公式。不仅能较为准确地依据泵清水内流计算得到泵内颗粒运动速度，并可在此基础上求得泵内颗粒滑移速度，对泵输送不同物性颗粒介质的运输性能进行有效的评估和预测。

技术领域

本发明属于泵内固液两相流研究领域，具体涉及一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法。

背景技术

泵内在输送固液两相流时，颗粒运动速度与周围液体质点的运动速度存在一定的速度差，这个速度差便是颗粒滑移速度。颗粒滑移速度能够较为准确地描述泵在输送固液两相流时的性能，并能够有效预测泵输送颗粒两相流的性能。颗粒速度与液体质点速度之间存在一定的关系，若是将这种关系利用函数关系式表达出来，通过对泵进行清水内流计算得到液体介质的运动速度，即可得到泵内运输两相流介质时的颗粒速度，便能够对泵内固体颗粒速度起到有效的预测作用，并可此基础上得到颗粒滑移速度。相比通过实验测量固体颗粒在两相流泵内的运动速度，这将大大降低性能预测的成本。因此，有必要以清水内流计算为基础，建立泵内颗粒滑移系数的计算方法。

迄今为止，尚未见泵内颗粒滑移速度计算方法，仅有一些在水平管和垂直提升管中对颗粒滑移速度的计算。矿业工程《垂直提升管中颗粒滑移速度试验研究》(2016年第4期)采用PIV(粒子图像测速法)研究了颗粒在深海采矿管道系统中的滑移速度，得到颗粒矿石滑移速度计算公式。中国科技论文在线《剪切流中颗粒滑移速度的数学解释》(2014年)采用最小扰动原理计算剪切流内中性颗粒径向移动过程，发现滑移速度是决定颗粒径向位置的关键量，并对颗粒滑移速度进行了详细的数学推导和解释。PHYSICS OF FLUIDS《Stokesnumber effects on particle slip velocity in wall-bounded turbulence andimplications for dispersion models》(2012年第24期)采用颗粒滑移速度作为重粒子在湍流通道流动的行为指标。工程热物理学报《泵中固体颗粒运动轨迹计算》(1993年第4期)给出颗粒在泵内的运动方程表达式。

发明内容

本发明旨在提供一种基于清水内流计算的泵内颗粒滑移速度计算方法，通过采用CFD方法进行清水过泵数值计算得到泵内部流体质点的流动速度，采用HSV(高速摄影)的方法来得到颗粒过泵时的运动轨迹以及速度，建立颗粒速度计算公式，并在此基础上求得泵内颗粒滑移速度。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

利用HSV的方法，对泵内固液两相流进行实验测量，对不同物性的颗粒进行拍摄。利用数字图像处理软件MATLAB处理出泵内颗粒位置和运动轨迹，计算颗粒的瞬时相对速度。通过CFD方法进行清水过泵数值计算，处理出颗粒所在位置液流质点的相对速度。在此基础上，建立并求解液体质点运动速度和颗粒速度的关系式，求解颗粒速度计算公式。根据颗粒滑移速度定义，建立一种泵内颗粒滑移速度计算公式。

其具体步骤如下：

步骤1.采用高速摄影拍摄泵内具有时间顺序的粗颗粒两相流图片，得到泵内颗粒运动。

(1)选择泵的中间界面作为测量平面，选择三种不同密度的橡胶球颗粒作为试验颗粒；