1.一种气液固多相输送离心泵性能预测方法,其特征在于,包括:根据离心泵的设计要求,确定离心泵叶片的参数;
根据所述离心泵叶片的参数和离心泵设计参数,建立离心泵三维模型并进行网格划分;
将网格划分后的离心泵三维模型结合气液固三相流动力学模型,对气液固三相流动力学模型中的VOF‑Level Set多相流模型、颗粒模型和气液固耦合模型进行修正,其中所述VOF‑Level Set多相流模型修正表面张力,颗粒模型中修正颗粒的浸没力和曳力,气液固耦合模型中采用空隙率来进行相间耦合;
采用修正后的气液固三相流动力学模型对网格划分后的离心泵三维模型进行数值模拟,得到数值模拟结果;
根据所述数值模拟结果,计算不同流量下离心泵扬程和效率曲线,评估离心泵的性能;
其中,对VOF‑Level Set多相流模型中的表面张力进行修正,具体按照以下公式:表面张力 :
;
;
式中 :表面张力系数;:界面曲率, ;:散度算子; :距离函数;n:界面法向量; ;:界面厚度;
颗粒模型中修正颗粒的浸没力和曳力,具体按照以下公式:颗粒的浸没力,根据颗粒进入气液两相的比例计算:;
颗粒的曳力,采用曳力加权拖曳系数:
;
;
其中, :重力加速度; :为颗粒体积; :液相密度; :气相密度; :表示颗粒位置𝑋 𝑝 处液相的体积分数;负号表示浮力与重力方向相反; :颗粒的横截面积;:流体速度; :颗粒速度;拖曳系数 通过液相的拖曳系数 和气相的拖曳系数 按浸没比例 加权计算,以实现分区修正;
气液固耦合模型采用空隙率来描述颗粒运动轨迹,具体按照以下公式:空隙率 :
式中 :代表流体单元内第i个多孔球单位体积内的颗粒体积。
2.根据权利要求1所述的气液固多相输送离心泵性能预测方法,其特征在于:所述的离心泵叶片的参数包括叶片进口角度β1、进口宽度b1、包角θ和叶片数Z。
3.根据权利要求1所述的气液固多相输送离心泵性能预测方法,其特征在于:在数值模拟中,为确保计算的稳定和收敛,确保颗粒受力的动态响应能被时间步长充分解析,对瞬态计算的时间步长进行约束,具体按照以下公式:;
式中 保证颗粒在一个时间步长内移动的距离不超过网格尺寸 , 限制颗粒在排斥力作用下的加速度时间尺度,避免数值振荡; :网格单元尺寸; :颗粒速度;
:颗粒的特征尺寸; :颗粒间的排斥力; :颗粒质量。
4.一种气液固多相输送离心泵优化设计方法,其特征在于,包括:根据离心泵的设计要求,确定离心泵叶片的参数;
根据所述离心泵叶片的参数和离心泵设计参数,建立离心泵三维模型并进行网格划分;
将网格划分后的离心泵三维模型结合气液固三相流动力学模型,对气液固三相流动力学模型中的VOF‑Level Set多相流模型、颗粒模型和气液固耦合模型进行修正,其中所述VOF‑Level Set多相流模型修正表面张力,颗粒模型中修正颗粒的浸没力和曳力,气液固耦合模型中采用空隙率来进行相间耦合;
采用修正后的气液固三相流动力学模型对网格划分后的离心泵三维模型进行数值模拟,得到数值模拟结果;
根据所述数值模拟结果,获取离心泵内的颗粒分布特征图;
根据所述离心泵内的颗粒分布特征图,对离心泵的结构设计进行优化;
其中,对VOF‑Level Set多相流模型中的表面张力进行修正,具体按照以下公式:表面张力 :
;
;
式中 :表面张力系数;:界面曲率, ;:散度算子; :距离函数;n:界面法向量; ;:界面厚度;
颗粒模型中修正颗粒的浸没力和曳力,具体按照以下公式:颗粒的浸没力,根据颗粒进入气液两相的比例计算:;
颗粒的曳力,采用曳力加权拖曳系数:
;
;
其中, :重力加速度; :为颗粒体积; :液相密度; :气相密度; :表示颗粒位置𝑋 𝑝 处液相的体积分数;负号表示浮力与重力方向相反; :颗粒的横截面积;:流体速度; :颗粒速度;拖曳系数 通过液相的拖曳系数 和气相的拖曳系数 按浸没比例 加权计算,以实现分区修正;
气液固耦合模型采用空隙率来描述颗粒运动轨迹,具体按照以下公式:空隙率 :
式中 :代表流体单元内第i个多孔球单位体积内的颗粒体积。
5.根据权利要求4所述的气液固多相输送离心泵优化设计方法,其特征在于,根据所述离心泵内的颗粒分布特征图,对离心泵的结构设计进行优化,包括:根据所述离心泵内的颗粒分布特征图,采用颗粒数密度分析方法,对流体区域内各单元网格颗粒数量进行量化统计并求和,计算颗粒数密度,当所述颗粒数密度超过预设阈值时,将对应区域确定为颗粒积聚区域,并确定其具体空间位置;
根据所述颗粒积聚区域的具体空间位置调整叶片结构参数,在叶片进口角度β1、进口宽度b1、包角θ分别进行预定范围的扰动,修改叶片数Z;若颗粒积聚发生在叶片进口区,则减小β1并增大b1,若颗粒积聚发生在流道中部,则增大包角θ以延长流道,若颗粒积聚发生在出口区,则增加叶片数Z;
通过正交试验组合各参数扰动情形,进行数值模拟,计算每组对应的颗粒数密度与扬程效率,最终选取扬程和效率组合最优的参数作为离心泵的优化设计方案。