本書系統(tǒng)地闡述了固液兩相流泵基本理論與設計方法，主要內(nèi)容包括固液兩相流基礎知識，固液兩相流泵概述，雜質(zhì)泵，無堵塞泵，固液兩相流泵水力設計，固液兩相流泵工作特性，固液兩相流泵水動力特性，固液兩相流泵內(nèi)固液兩相流動特性與結(jié)構(gòu)，固液兩相流泵磨蝕、腐蝕機理與防護，固液兩相流泵試驗測試，固液兩相流泵計算機輔助設計，固液兩相流泵數(shù)值分析。本書內(nèi)容翔實，基礎理論與實踐緊密結(jié)合，選取案例均來自作者科研實踐，具有很高的實用性。本書對固液兩相流泵水力設計、性能評估、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)流場測試、磨蝕與腐蝕防護等具有較高的參考價值。
1）本書基于固液兩相流理論，通過試驗測試和數(shù)值計算的方法研究了固液兩相流泵內(nèi)兩相流動結(jié)構(gòu)、流動特性和水動力特性等內(nèi)流機理，系統(tǒng)地給出了固液兩相流泵的設計方法，以及固液兩相流泵內(nèi)兩相流非定常流動特性和葉輪的能量轉(zhuǎn)化機理。
2）本書內(nèi)容翔實，基礎理論與實踐緊密結(jié)合，選取案例均來自作者科研實踐，具有很高的實用性。
3）本書對固液兩相流泵的水力設計、性能評估、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)流場測試、磨蝕與腐蝕防護等具有較高的參考價值。
固體物料的水力輸送是固液兩相流動典型的工程應用，固液兩相流泵是針對固液兩相流動的特點而開發(fā)和應用的，其在輸送固液兩相流體時具有突出的優(yōu)越性，如高效、耐磨、抗堵塞等。固液兩相流泵的葉輪在輸送固液兩相流體時的能量轉(zhuǎn)化機理和非定常流體動力學行為是流體機械和多相流體力學新的研究方向。不論是固液兩相流泵內(nèi)的固液兩相流動特性，還是旋轉(zhuǎn)水力機械內(nèi)的非定常多相流動流體，其動力學行為都是目前和今后水力機械和多相流體動力學研究領域亟待研究的熱點和挑戰(zhàn)性的課題之一。
本書基于固液兩相流理論，通過試驗測試和數(shù)值計算的方法研究固液兩相流泵內(nèi)非定常固液兩相流動特性和能量轉(zhuǎn)化機理，系統(tǒng)地給出了固液兩相流泵的設計方法，以及固液兩相流泵內(nèi)兩相流非定常流動特性和葉輪的能量轉(zhuǎn)化機理，為該類泵設計理論的完善和應用提供參考依據(jù)。鑒于固液兩相流泵種類繁多，本書以固液兩相流泵中具有代表性的泵種作為主要講解對象，其中，雜質(zhì)泵主要選渣漿泵，無堵塞泵以螺旋離心泵、旋流泵為代表，分別分析和總結(jié)固液兩相流泵基本理論、水力設計、工作特性和水動力特性等，得出其輸送固液兩相流時非定常流動特性和葉片的能量轉(zhuǎn)化機理，促進該類固液兩相流體泵內(nèi)部流動理論和水力設計理論的深入研究，使該類泵的優(yōu)化設計和工程應用具有重要的意義。本書的研究成果進一步夯實了固液兩相流水力機械的非定常流動理論，并促進了固液兩相流科學在水力輸送等工程領域的應用。
特別感謝國家自然科學基金項目（51579125、51969014、51609113、51079066、52179086）、甘肅省杰出青年人才計劃（20JR10RA204）、甘肅省自然科學基金（20JR5RA456）和蘭州理工大學紅柳優(yōu)秀青年人才支持計劃等資助。
衷心感謝日本大學彭國義教授對本書提出寶貴建議，同時，也感謝水力機械多相流課題組各位同仁的大力支持，感謝韓偉博士、李琪飛博士、申正精博士、杜媛英博士、史鳳霞博士、郭艷磊博士、黃祺博士、龔成勇博士和李兵、蘇吉鑫等碩士。本書還得到蘭州理工大學流體機械及工程系其他教師的支持，感謝課題組的楊雪玲、孫晨曦、劉曉藝、傅百恒、李瑾、王仁本、李光賢、張正杰、柴藝、袁仕芳、郭建慧、柴小煜和王鵬業(yè)等碩士研究生。在本書撰寫過程中，參考和引用了國內(nèi)外相關(guān)文獻，在此對這些文獻的作者一并表示真摯的謝意。
作者
序
前言
第1章固液兩相流基礎知識1
1.1固液兩相流基本理論1
1.1.1相與相現(xiàn)象1
1.1.2固液兩相流簡介3
1.1.3固液兩相流發(fā)展史及研究方法4
1.2固液兩相流基本物性7
1.2.1單顆�；緟�(shù)7
1.2.2兩相流基本參數(shù)8
1.2.3顆粒粒度測量方法12
1.3固液兩相流中顆粒特性14
1.3.1顆粒動力學特性14
1.3.2顆粒群特性17
1.4固液兩相流分類17
1.4.1按固液兩相組成分類17
1.4.2按顆粒尺寸分類18
1.4.3按顆粒雷諾數(shù)Rep分類18
1.4.4按固相體積分數(shù)分類19
1.5漿體基本參數(shù)19
1.5.1漿體主要表征參數(shù)19
1.5.2泥漿的基本參數(shù)21
1.6沉降流速23
1.6.1固液兩相流沉降概況23
1.6.2靜水中顆粒自由沉降23
1.6.3固液兩相流沉降的影響因素25
1.7典型固液兩相流26
1.7.1低濃度含沙水26
1.7.2高濃度含沙水27
參考文獻29
第2章固液兩相流泵概述31
2.1固液兩相流泵簡介31
2.2固液兩相流泵分類31
2.2.1按應用類型分類31
2.2.2按泵的作用原理分類32
2.2.3按輸送介質(zhì)的性質(zhì)分類32
2.2.4按結(jié)構(gòu)形式分類32
參考文獻33
第3章雜質(zhì)泵34
3.1渣漿泵34
3.1.1簡介34
3.1.2結(jié)構(gòu)形式34
3.1.3結(jié)構(gòu)特點35
3.1.4渣漿泵的設計方法與難點36
3.1.5渣漿泵的密封與磨蝕防護36
3.1.6渣漿泵的應用37
3.1.7渣漿泵作業(yè)注意事項37
3.2砂泵38
3.2.1簡介38
3.2.2結(jié)構(gòu)39
3.2.3砂泵類型40
3.2.4選型與使用41
3.2.5應用42
3.3挖泥泵42
3.3.1簡介42
3.3.2采砂原理42
3.3.3結(jié)構(gòu)42
3.3.4應用43
3.4泥漿泵44
3.4.1簡介44
3.4.2容積式泥漿泵44
3.4.3立式泥漿泵47
3.4.4泥漿泵的應用47
參考文獻48
第4章無堵塞泵49
4.1螺旋離心泵49
4.1.1簡介49
4.1.2結(jié)構(gòu)特點49
4.1.3運行特性50
4.1.4應用51
4.2旋流泵51
4.2.1簡介51
4.2.2工作原理51
4.2.3結(jié)構(gòu)51
4.2.4運行特性52
4.2.5設計理論52
4.2.6應用53
4.3流道式無堵塞泵53
4.3.1簡介53
4.3.2單流道無堵塞泵53
4.3.3雙流道無堵塞泵55
4.4紙漿泵57
4.4.1簡介57
4.4.2性能特點57
4.4.3應用57
4.5其他類型固液兩相流泵57
4.5.1固液兩相軸流泵簡介58
4.5.2軸流泵結(jié)構(gòu)58
4.5.3軸流泵水力設計方法59
4.5.4輸送固液兩相流特性59
4.5.5軸流泵作為輸河沙水應用60
參考文獻60
第5章固液兩相流泵水力設計62
5.1固液兩相流泵傳統(tǒng)水力設計方法62
5.1.1一維葉片設計理論62
5.1.2基于兩類流面的準三維反問題計算62
5.1.3基于渦面的全三維葉片設計理論63
5.2傳統(tǒng)設計方法的發(fā)展63
5.2.1經(jīng)驗模型換算法63
5.2.2經(jīng)驗統(tǒng)計速度系數(shù)設計法64
5.2.3葉片型線設計研究64
5.2.4基于人工智能的專家系統(tǒng)的優(yōu)化設計65
5.2.5三元流動設計理論65
5.3固液兩相流泵設計66
5.3.1固液兩相流泵設計基本思想66
5.3.2固液兩相流泵設計原則66
5.4基于兩相流理論的設計方法67
5.4.1兩相流畸變速度設計法67
5.4.2兩相流速度比設計法67
5.4.3結(jié)構(gòu)設計的特殊性72
5.5葉片型線設計法73
5.5.1漸開線73
5.5.2等角螺旋線74
5.6螺旋離心泵葉輪葉片型線方程75
5.6.1螺旋線方程75
5.6.2葉片曲面型線方程76
5.7固液兩相流泵水力設計實例螺旋離心泵80
5.7.1傳統(tǒng)設計80
5.7.2固液兩相流型線設計方法92
參考文獻95
第6章固液兩相流泵工作特性96
6.1固液兩相流泵性能基本參數(shù)和清水介質(zhì)性能96
6.1.1泵的性能參數(shù)96
6.1.2固液兩相流泵輸送清水時的性能97
6.2泵輸送固液兩相流時的性能99
6.2.1泵送漿體時表征性能參數(shù)99
6.2.2工作壓力101
6.2.3泵送漿體時性能試驗101
6.2.4渣漿泵的運行性能101
6.3渣漿泵的汽蝕特性102
6.3.1泵無汽蝕運行的條件102
6.3.2有效汽蝕余量計算103
6.4螺旋離心泵的工作特性104
6.4.1固液兩相流介質(zhì)含沙水假設104
6.4.2含沙水下的性能變化105
6.4.3螺旋離心泵工作特性分析107
參考文獻109
第7章固液兩相流泵水動力特性110
7.1螺旋離心泵內(nèi)葉輪水動力特性110
7.1.1葉輪軸向力、徑向力110
7.1.2固液兩相流介質(zhì)對水動力特性的影響112
7.2螺旋離心泵瞬變流水動力響應115
7.2.1螺旋離心泵瞬變流特性115
7.2.2螺旋離心泵瞬變流水動力分析122
參考文獻122
第8章固液兩相流泵內(nèi)固液兩相流動特性與結(jié)構(gòu)123
8.1螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流流動特性123
8.1.1數(shù)值模擬條件123
8.1.2螺旋離心泵內(nèi)固液兩相流動特性123
8.1.3固相對螺旋離心泵磨損特性分析138
8.1.4螺旋離心泵內(nèi)葉輪工作機理140
8.2螺旋離心泵內(nèi)固液兩相場空間分布及速度滑移141
8.2.1相速度和相含率分布142
8.2.2固液兩相速度滑移現(xiàn)象143
8.3螺旋離心泵內(nèi)固液兩相場空間結(jié)構(gòu)145
8.3.1泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)理論分析145
8.3.2螺旋離心泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)146
8.3.3螺旋離心泵內(nèi)渦量與渦結(jié)構(gòu)147
8.4旋流泵內(nèi)部流動特性及結(jié)構(gòu)形式149
8.4.1旋流泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)描述149
8.4.2旋流泵模型建立151
8.4.3旋流泵無葉腔的內(nèi)流特性分析153
8.4.4旋流泵內(nèi)流機理及內(nèi)流結(jié)構(gòu)模型建立160
8.5旋流泵內(nèi)流體流動結(jié)構(gòu)演變特性164
8.5.1特征參數(shù)定義164
8.5.2形狀系數(shù)對能量轉(zhuǎn)換的影響165
8.5.3幾何關(guān)聯(lián)系數(shù)對能量轉(zhuǎn)換的影響167
8.5.4旋流泵內(nèi)流動結(jié)構(gòu)演變特性167
參考文獻168
第9章固液兩相流泵磨蝕、腐蝕機理與防護170
9.1固液兩相流泵磨蝕研究現(xiàn)狀170
9.1.1泵磨蝕國外研究現(xiàn)狀170
9.1.2泵磨蝕國內(nèi)研究現(xiàn)狀171
9.1.3渣漿泵磨蝕研究現(xiàn)狀174
9.1.4磨蝕及空化對固液兩相流泵運行影響174
9.2固液兩相流泵磨蝕特性175
9.2.1磨蝕機理175
9.2.2磨損理論177
9.2.3固液兩相流泵磨蝕特性分析179
9.2.4影響磨損特性的因素182
9.3固液兩相流泵腐蝕184
9.3.1腐蝕類型184
9.3.2帶有機械應力腐蝕185
9.3.3腐蝕其他影響因素186
9.4磨蝕數(shù)值計算模型186
9.4.1沖蝕速率187
9.4.2Fluent中的沖蝕模型187
9.4.3CFX中的沖蝕模型187
9.5固液兩相流泵磨蝕數(shù)值分析應用實例190
9.5.1顆粒體積分數(shù)變化190
9.5.2葉輪域速度變化191
9.5.3磨蝕云圖191
9.5.4結(jié)論192
9.6固液兩相流泵防磨蝕措施及技術(shù)192
9.6.1水力設計中的抗磨措施192
9.6.2運行中的抗磨措施193
9.6.3抗磨材質(zhì)的應用193
9.6.4涂層技術(shù)193
9.6.5高分子復合材料應用194
參考文獻194
第10章固液兩相流泵試驗測試196
10.1固液兩相流泵試驗概述196
10.2固液兩相流泵試驗測試系統(tǒng)與性能測試197
10.2.1兩種試驗臺的適用性197
10.2.2兩種試驗臺的特點198
10.3固液兩相流泵性能試驗198
10.3.1性能試驗測量系統(tǒng)199
10.3.2性能試驗方法199
10.3.3性能試驗計算200
10.3.4注意事項200
10.4固液兩相流泵其他綜合試驗201
10.4.1泵的汽蝕試驗201
10.4.2泵的振動試驗202
10.4.3泵的噪聲試驗205
10.5固液兩相流泵內(nèi)流場顯示測試研究209
10.5.1傳統(tǒng)流動測試技術(shù)研究209
10.5.2現(xiàn)代流動測試技術(shù)發(fā)展過程210
10.5.3PIV測試技術(shù)212
10.5.4高速動態(tài)攝影技術(shù)218
10.5.5固液兩相流泵流場顯示測試的難點和處理方法219
參考文獻221
第11章固液兩相流泵計算機輔助設計223
11.1固液兩相流泵計算機輔助設計應用實例223
11.1.1設計思想223
11.1.2功能模塊劃分及流程圖223
11.1.3設計過程224
11.2固液兩相流泵建模228
11.2.1蝸殼水體建模228
11.2.2葉輪水體建模232
11.2.3文件保存236
參考文獻237
第12章固液兩相流泵數(shù)值分析238
12.1固液兩相流泵數(shù)值計算方法238
12.1.1固液兩相流數(shù)值計算流程238
12.1.2固液兩相流數(shù)值計算處理方法238
12.1.3固液兩相流數(shù)值模擬的難點和關(guān)鍵性問題239
12.1.4固液兩相流數(shù)值模型239
12.1.5固液兩相流數(shù)值模擬的常用方法240
12.2固液兩相流泵網(wǎng)格劃分241
12.2.1網(wǎng)格劃分流程241
12.2.2ICEM網(wǎng)格劃分操作步驟242
12.2.3網(wǎng)格無關(guān)性檢查247
12.3固液兩相流泵Fluent兩相流數(shù)值計算248
12.3.1固液兩相流數(shù)值邊界條件249
12.3.2數(shù)值計算方法249
12.3.3計算迭代殘差設置249
12.3.4計算收斂性的判定250
12.3.5數(shù)值模擬設置過程250
12.3.6數(shù)值模擬結(jié)果處理259
12.4固液兩相流泵CFX數(shù)值計算260
12.4.1旋流泵模型建立261
12.4.2全流場CFX數(shù)值設置262
12.4.3進行計算及CFX-POST后處理268
12.5固液兩相流泵內(nèi)兩相流CFX數(shù)值計算270
12.5.1網(wǎng)格劃分270
12.5.2邊界條件270
12.5.3后處理276
參考文獻281
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