泵磨损
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如果输送含有固体颗粒的介质时,泵内就有可能出现磨损现象,从而导致把泵的性能下降,最直接的体现就是泵扬程和效率的下降。
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在输送含固体颗粒介质的时候,就对泵的抗磨蚀性能提出了一定的要求。
在泵中通常通过观察泵的磨蚀速度来判断泵的抗磨蚀性能。
磨蚀速度与介质流速、冲击角 ,固体颗粒形状、特别是泵的材质微区硬度有密切关系。
磨蚀理论
- 塑性材料 微切削理论(Finnie)/变形磨损理论、锻压挤压理论等
- 脆性材料:只要负荷大到一定程度或冲击速度足够大,在入射粒子冲击点下会出现塑性变形,附近存在缺陷的地方可能萌生环状裂纹-赫兹裂纹(Hertizan cracking),并基此建立了第一个脆性材料的冲蚀模型。
Finnie模型介绍
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因为这里我们以铸钢为例来做本次的DEMO,铸钢属于塑性材料,我们这里就需要选择塑性材料的磨蚀模型。
我们介绍一下Finnie模型
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对于几乎所有的塑性材料,冲蚀随冲击角度和速度的变化根据:
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式中为E无量纲侵蚀质量,K为常数,Vp为颗粒冲击速度,n为冲击角的无量纲函数。对于金属,n指数的值一般在2.3到2.5的范围内。
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Finnie的侵蚀磨损模型通过下面的函数将磨损率与颗粒撞击表面的动能比率联系起来:
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ɣ=18.42°的临界值是区分摩擦磨损和冲击磨损。
如果ɣ<18.42,摩擦磨损占主导地位,如果
ɣ>418.42,冲击磨损占主导地位
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所以当使用该模型的时候要注意K值的选取,K值受到形状,温度等等参数的影响,一般为1.n值要看你的靶材和颗粒的属性来选取。
基本过程
01

首先进行泵的稳态流场计算不开DPM模型
为了在进行DPM的耦合计算过程中有一个收敛效果,我们需要给DPM耦合计算给一个好的初场进行计算,这就需要我们进行泵的稳态计算(不含DPM模型)。
这个过程不再赘述。
02
开启DPM模型
Fluent中的磨蚀模型需要在DPM模型开启的情况下才能选择,其中磨蚀模型有两个分类,一个是单纯的磨蚀模型,另一种是考虑磨蚀造成固体形变的磨蚀模型(涉及动网格)。
在进行泵的磨蚀仿真的过程中我们不考虑固体的形变,所以选择单纯的磨蚀模型(erosion model)
首先:打开DPM模型,
DPM和连续相的耦合分为两种:
one way和Two way
one:只考虑连续相对颗粒的影响,不考虑颗粒对连续相的影响。
Two:连续相和颗粒相相互作用。
在本案例中,我们选择two way的耦合方式。选择interaction with continue phase。
由于在每个迭代步都去迭代连续相和颗粒相的过程比较占计算资源所以我们选择,每个10个迭代步,迭代一次。
其中max number of steps是在流场中单个粒子所crack的最大步数,当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时,FLUENT 就自动中止了此颗粒的轨道计算,输出时,此颗粒被标记为“incomplete”。对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。当颗粒信息在输出时被标记未完成,而实际颗粒并不是在流场中无休止的打转,那么,可以增加最大时间步数。
这里采用默认的参数。
Step length faction根据帮助文档,当求解的是稳态颗粒的时候,该值一般接近max number of steps。这里取3000.
03
设置erosion模型
在physical model中打开erosion模型,
并设置入射粒子信息
因为我们是从面(surface)射入,所以在Type选择surface,并在下面的复选框中选择进口(inlet),从进**入粒子。
因为我们是垂直射入inlet面的,所以我们需要选择inject using face nurmal direction,然后在diameter中输入粒子的直径,如果不是固定直径的粒子需要在diameter distribution中选择粒子直径的分布规律。然后在velocity magnitude中输入粒子的射入速度,并在total flow rate中输入粒子的入射质量流量。
然后在physical model中的drag law选择spherical模型。
因为不考虑粒子的流体性质,所以不选择粒子的湍流模型。
然后再将所有的wall的DPM下的boundary cond type设置为reflect(反射)
其中edit 所有的wall的时候可以进行不同erosion模型的设置,我们主要用finnie模型,这个模型上一章介绍了,这里不再赘述。
设置完成之后就可以求解计算了。
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