离心泵内纤维悬浮流的PIV实验及CFD-DEM模拟研究

张启华 张为栋 闫召旭 谢之昂 康 顺

（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江，212013）

采用离心泵输送纤维悬浮液在制浆、造纸流程及废水处理过程中应用广泛。尤其近年来，随着纸张消费量的上升，作为纸浆循环的动力设备，纸浆泵所产生的能耗约占工艺流程总能耗的15%。同时，泵的稳定运行对造纸终端产品的质量也至关重要。因此，深入开展纸浆泵内部流动的研究，对了解长纤维悬浮液的流动特性及推进纸浆泵节能降耗均有重要的工程意义。

纤维悬浮液的运动规律以及纤维的取向分布状态造成的流变特征，是纤维悬浮液研究的两个主要方面。可通过引入黏度作为剪切速率的函数来表征纸浆纤维悬浮液的非牛顿行为。Cotas等［1］提出了一种拟均匀方法来研究管道中桉树纤维悬浮液的湍流。目前，大多数泵内两相流模拟采用基于Mixture的模型，即视两相均为具有连续速度场的流动介质。Liu等［2］基于Mixture模型模拟了粒径1～12 mm的颗粒在不同工况下的运动状态并总结了不同粒径粒子的分布规律。Zhang等［3］基于Mixture模型研究了颗粒浓度、体积分数及粒径对泵性能的影响。但Mixture模型忽略了颗粒间的碰撞以及颗粒与流体的相对运动，存在一定的模拟误差。且颗粒体积的变大或颗粒浓度的提高，颗粒的拓扑结构、自身运动以及颗粒间相互作用不可忽略。随着待解决问题的复杂程度越来越高，具有较高计算效率的离散元（DEM）法在泵两相流工程中得到了推广应用。……