固体物料对离心泵性能影响的实验研究 (1986年)

离心泵是流体机械中的一种重要设备，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、水利等行业。离心泵设计理论的发展与应用，关系到工业生产效率和能源利用效率的提高。然而，由于离心泵传统设计理论以清水流动为基础，当泵输送固液两相流时，理论与实际应用便出现了偏差。1986年的研究《固体物料对离心泵性能影响的实验研究》针对这一问题，进行了系统研究，并发表在《清华大学学报》上。 实验研究通过对比5种不同类型的离心泵在固液两相流条件下的性能，揭示了固体物料对离心泵性能的具体影响，以及这些影响的规律性。研究的重点集中在固体物料的粒度、浓度等参数对离心泵扬程、轴功率和效率的影响上。 1. 扬程影响：实验发现，在其他条件不变的情况下，固体物料浓度的增加会导致泵的扬程下降。这主要是因为固体颗粒增大了流体的摩擦阻力，使得液体在流道内所受的总阻力增加，从而减少了液体所能达到的高度。这一现象在流道和叶轮设计上提出了新的要求，以适应固液两相流。 2. 轴功率影响：随着固体颗粒浓度的提高，轴功率上升。这是因为增加的颗粒浓度需要更大的动力来克服固体颗粒和流道之间的摩擦阻力。因此，泵在输送固液混合物时，所需的驱动功率会增加，这要求泵的设计和选型考虑更大的功率储备。 3. 效率影响：固体物料的引入会导致泵的效率降低，尤其是在低浓度时效率下降较快，而在高浓度时下降较慢。效率的降低主要由固体颗粒引起的内部摩擦损失增加、叶轮的磨损加剧等因素导致。效率的降低意味着能源的浪费和生产成本的增加。 研究通过实验数据揭示了固液两相流条件下离心泵性能的变化规律，得出了对离心泵设计和选型具有重要意义的结论。例如，在设计离心泵时，需要充分考虑到输送介质中的固体含量，以确保泵能适应实际工况；同时，对于已经使用的泵，通过调整其工作参数，比如流量和转速，可以部分弥补因固体物料带来的性能损失。 该研究还指出，固液两相流理论在流体力学领域还是一个相对较新的研究方向，如何将固液两相流理论应用于旋转机械的设计中，是未来研究的重要课题。通过改进设计理论，将理论与实验相结合，可以优化离心泵的设计，提高其输送固液混合物的性能和效率，减少能源消耗和设备磨损。 从实际应用角度来看，这项研究具有非常重要的意义。随着工业化程度的提高，固液两相流的应用领域不断拓展，优化离心泵的设计和使用，不仅能够提高生产效率和经济效益，还能减少环境污染，实现可持续发展。因此，这项研究的结果对于指导工程实践、促进相关技术进步具有重要价值。