项目名称: 基于伴随方法的液环泵内非稳态气液两相流动优化研究

项目编号: No.51469014

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 水利工程

项目作者: 张人会

作者单位: 兰州理工大学

项目金额: 48万元

中文摘要: 液环泵由于其结构及性能特点被广泛应用于煤矿、化工及冶金等领域,随着液环泵应用领域的拓展,其内部复杂的气液两相流及其性能的优化研究逐渐得到国内外研究者的关注。在气液两相流、叶轮的旋转、流道曲率及面积变化等因素作用下,液环泵内气液两相流动中存在不稳定的气液分界面及复杂的二次流结构,由于复杂的内部流动约束的存在导致液环泵的优化设计难以进行。本研究采用数值模拟与流场测试相结合对液环泵内部气液两相流自由界面形状的变化、二次流结构及其与泵外特性间的关系进行分析,期望实现对液环泵内复杂流动结构的精确描述,并在此基础上引入伴随方法对液环泵叶轮及壳体进行优化研究,建立气液两相流条件下的叶轮及壳体伴随优化模型,推导相关的目标函数变分、伴随方程及其边界条件等,采用CFD软件与程序代码相结合实现叶轮及泵体优化的相关计算,最后由实验验证所提出理论及方法的可行性,为液环泵的性能优化及复杂气液两相流动优化提供理论支撑。

中文关键词: 流动优化;伴随方法;气液两相流;流动约束

英文摘要: Liquid-ring pump is widely used in coal, power, chemical industry, and metallurgy industry due to its characters of structure and hydraulic performance. The complex inner gas-liquid two phase flow and the optimization of the hydraulic performance have attracted the researcher's attention with the expansion of its application. Under the influence of two-phase flow, rotation, the changing of the passage curvature and the changing of sectional area, the unstable free interface and secondary flow would arise in the transient gas-liquid two phase flow in liquid-ring pump.The optimization design of liquid-ring pump is hard to carry out for the complex inner flow constraint. To realize the description of the complex gas-liquid two phase flow in liquid-ring pump with enough accuracy in this research, the affection of the transient behaviour of the free interface and the secondary flow on its hydraulic performance would be analyzed by numerical simulation and experiment investigation. Then, the adjoint method would be introduced to optimize the shape of impeller and pump body. The optimization model of the impeller and pump body with gas-liquid two phase flow constraint would be constructed based on adjoint method. The variation of the objective function, the adjoint equations and its boundary condition would be deduced in detail. The calculation of the flow simulation and the optimization can be fulfilled by CFD software and calculation code. At last the proposed theory and method would be verified by experimental research. Above all,this investigation will provide the theoretical basis for optimization design of liquid-ring pump and optimization for complex gas-liquid two phase flow.

英文关键词: flow optimization;adjoint method;gas-liquid two phase flow;flow constraint

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