海洋采矿提升电泵的分析与研究

论文摘要

作为二十一世纪极具前景的新兴产业,海洋矿产资源开采越来越被世界各国重视和关注,目前,以提升电泵为动力的水力提升采矿系统,是公认商业开采应用前景最好的,而海洋矿产资源开采系统的核心装备就是提升电泵。本文在我国自主研制的二级提升电泵的基础上,提出一种新型高扬程粗颗粒提升电泵泵型并进行相应的CFD分析。论文以新型高扬程粗颗粒的八级提升电泵为研究对象,采用CFD流体计算的方式,利用CFturbo和PumpLinx等软件对新型提升泵进行数值模拟,并将模拟结果与我国研制二级电泵试验结果进行对照,分析新型电泵的工作特性,并对其进行优化和分析。主要内容如下:（1）根据5000米水深海底矿产资源开采要求确定新型提升电泵的工作点,对电泵的工作参数进行分析研究,基于加大流量法确定电泵的结构参数及过流部件的设计参数,确定新型提升电泵的整体结构。（2）研究提升电泵数值模拟时所用湍流模型,确定选择标准??-模型进行仿真,对粗颗粒在电泵中的受力进行分析,建立其在泵叶轮内的运动方程;对几何模型进行网格划分等前处理工作,并进行网格质量检查,结果显示网格质量良好。（3）在清水与固液两相流工况额定转速1450r/min的条件下,使用PumpLinx软件对电泵进行不同流量条件下数值模拟分析,得到速度、压力和流线等云图,对结果分析表明,电泵的叶片和导叶结构设计合理,并将其性能参数与试验结果相比较,验证电泵的性能参数变化符合试验结果,扬程和效率都比试验结果有很大的提高,验证了新型电泵的设计的正确性。（4）对上部泵和下部泵之间的电机环形流道进行数值分析,研究粗颗粒在流道中的过流和磨损现象,验证电泵环形流道的过流能力。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 两相流泵的研究设计发展概述

1.2.2 国内外深海采矿泵的研究现状

1.3 研究目的及内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

第2章提升电泵的结构和性能

2.1 电泵的基本方程

2.2 提升泵的基本参数

2.3 提升泵结构设计

2.3.1 提升电泵的结构设计参数

2.3.2 基于加大流量法的泵的过流部件的设计

2.3.3 提升泵的整体设计图

2.4 固相颗粒的相关参数

2.5 本章小结

第3章 CFD分析前处理

3.1 模型的建立

3.1.1 建模软件简介

3.1.2 建模过程及结果

3.2 网格划分

3.2.1 网格划分工具的介绍

3.2.2 网格划分结果

3.3 本章小结

第4章提升电泵的湍流模型研究

4.1 CFD简介及应用

4.2 湍流的数值模拟方法

4.2.1 湍流的基本方程

4.2.2 湍流仿真方法的分类

4.2.3 直接数值模拟法

4.2.4 大涡模拟法

4.2.5 Reynolds平均法

4.3 涡粘模型计算模型

4.3.1 零方程模型

4.3.2 一方程模型

4.3.3 标准κ-ε二方程模型

4.3.4 改进型κ-ε模型

4.4 本章小结

第5章清水工况CFD分析

5.1 模拟计算

5.2 提升电泵的试验分析

5.3 电泵清水工况数值分析

5.3.1 边界条件及计算参数的设置

5.3.2 电泵的特性参数计算方法

5.3.3 电泵清水工况数值模拟结果

5.3.4 电泵清水工况性能参数分析

5.4 本章小结

第6章电泵固液工况模拟结果及分析

6.1 颗粒的受力分析及运动方程

6.2 八级电泵固液工况数值分析

6.2.1 提升泵边界条件及计算参数的设置

6.2.2 电泵固液两相模拟结果

6.2.3 电泵固液两相性能参数分析

6.3 电机部分流道固液工况数值分析

6.3.1 电机环形流道边界条件及计算参数设置

6.3.2 环形流道固液两相工况数值模拟结果

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所完成的学术论文

附录B 攻读学位期间参研课题

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘瑞仙

导师: 邹伟生

关键词: 海洋采矿,提升电泵,结构设计,数值模拟

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 海洋学,矿业工程,自动化技术

单位: 湖南大学

分类号: TD632;P744

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.001874

总页数: 78

文件大小: 2735K

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