通過數(shù)值模擬對儲油罐機(jī)械清洗設(shè)備上的清洗泵在輸送高粘性介質(zhì)時的性能與輸送水時性能進(jìn)行對比。從泵內(nèi)的壓力分布、速度分布分析粘性對內(nèi)部流場的影響，以及粘性的變化對泵揚(yáng)程的影響。輸送高粘性介質(zhì)時離心泵的性能發(fā)生偏離，偏離程度隨著粘性的增加而增大。

1、前言

　　儲油罐在使用一定時間以后，油中的泥沙、蠟等重組分沉積在油罐底部形成油泥。當(dāng)需要對儲油罐進(jìn)行檢修時，必須將罐底油泥清除，并將油罐罐底、罐頂和罐壁清洗干凈，以達(dá)到動火檢修的條件。目前原油儲罐的清洗主要有機(jī)械清洗和人工清洗兩種方式。機(jī)械清洗具有清洗效率高、原油回收率高、環(huán)境污染小、工人勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，有利于工人的人身安全和身體健康，并能夠明顯縮短清罐周期，因此，機(jī)械清洗在原油儲罐的清洗中將占有愈加重要的位置。

　　清洗泵作為儲油罐機(jī)械清洗成套設(shè)備中的核心設(shè)備，在整個機(jī)械清洗過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。清洗泵將清洗介質(zhì)(原油、水等)加壓輸送至清洗機(jī)(噴槍)，以達(dá)到擊碎、溶解油泥和清洗罐內(nèi)表面的目的。目前，國內(nèi)外成套設(shè)備機(jī)組中，一般選用大功率離心泵作為清洗泵。離心泵的設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)皆以清水為介質(zhì)，而機(jī)械清洗過程中則用于輸送粘度與清水相差較大的油類介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離心泵抽送運(yùn)動粘度與清水接近，而密度與清水差別較大的油類流體時，泵的揚(yáng)程、體積流量和效率均與輸水時相同，只是軸功率發(fā)生了變化;而當(dāng)抽送運(yùn)動粘度與清水相差較大的油類流體時，泵的性能發(fā)生偏離。

　　目前，國內(nèi)外對離心泵輸送粘性流體的研究也有一定進(jìn)展。粘性流體在離心泵內(nèi)流動時，葉輪流道內(nèi)附面層變厚，流動排擠作用增強(qiáng)。陳曉玲在計(jì)算分析葉片邊界層厚度的基礎(chǔ)上，在一定輸送介質(zhì)粘度范圍內(nèi)，研究了離心泵輸送粘性流體時葉輪出口寬度的設(shè)計(jì)新方法，并研究了輸送粘性油時轉(zhuǎn)速對離心泵性能的影響。曹廣軍通過實(shí)驗(yàn)研究了離心油泵輸送粘性流體時的空蝕性能和油泵的空蝕性能與輸送介質(zhì)粘度的關(guān)系，結(jié)果表明，相同流量時輸送粘性流體比輸送清水具有較高的臨界空蝕余量。

　　本文通過Pro/E建立葉輪與蝸殼耦合的三維計(jì)算模型，利用商業(yè)CFD軟件FLUENT計(jì)算清洗泵流場，研究清洗泵在輸送高粘性介質(zhì)(原油)時內(nèi)部三維湍流流場的流動規(guī)律，揭示內(nèi)部流場的流動特征。通過分析清洗泵在非額定工況運(yùn)行時的內(nèi)部流動特征，并根據(jù)數(shù)值計(jì)算的信息給出泵的預(yù)測性能，與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較，分析兩者出現(xiàn)偏差的原因。

2、清洗泵整機(jī)數(shù)值計(jì)算

　　2.1、控制方程和湍流模型

　　不可壓縮流體的相對定常流動的雷諾時均方程為：

　　2.2、葉輪與蝸殼耦合計(jì)算模型

　　利用三維繪圖軟件Pro/E的混合掃描功能建立葉輪流道和蝸殼流道的實(shí)體模型，如圖1所示。生成的實(shí)體模型導(dǎo)入Gambit劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格是CFD計(jì)算的載體，其質(zhì)量好壞影響到計(jì)算的精度和效率。本文的葉輪流道和蝸殼流道的三維模型劃分網(wǎng)格時都采用TGrid混合網(wǎng)格，劃分結(jié)果如圖2所示。

圖1 葉輪和蝸殼流道三維實(shí)體模型

圖2 網(wǎng)格劃分

2.3、邊界條件設(shè)置

　　進(jìn)口邊界條件設(shè)置為速度進(jìn)口，出口邊界條件設(shè)置為出流，壁面處設(shè)置為無滑移邊界條件。在所研究的三維模型中，離心泵的葉輪是旋轉(zhuǎn)的，而蝸殼和進(jìn)口管靜止，所以在葉輪和蝸殼以及葉輪和進(jìn)口管的結(jié)合面處，需要進(jìn)行一定的設(shè)置才能完成動靜區(qū)域的數(shù)據(jù)交換。本文選擇多參考坐標(biāo)系模型，同時，結(jié)合面設(shè)置為interface。

4、結(jié)論

　　(1)本文通過對輸送高粘性介質(zhì)時泵的流場計(jì)算，證實(shí)了數(shù)值計(jì)算方法對研究離心泵輸送粘性介質(zhì)這一問題的可行性和可靠性，為進(jìn)一步的研究打下基礎(chǔ);

　　(2)離心泵在輸送粘性較高的介質(zhì)時，在額定工況附近泵的揚(yáng)程有所降低，原因是泵內(nèi)水力損失隨流量的增大而增大。為保證額定工況的工作參數(shù)，則須降低水力損失，需要從改善泵內(nèi)流場的角度入手，調(diào)整葉輪、蝸殼參數(shù)，減少內(nèi)部流場的回流、軸向漩渦等;

　　(3)從數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)可以看出，相同流量時，泵的吸入壓力產(chǎn)生的負(fù)壓，粘性大時負(fù)壓也大。此負(fù)壓是否會導(dǎo)致泵產(chǎn)生氣蝕及影響的程度大小，有待深入研究。