隔膜泵的内部流动及理论

近来海上溢油事故频繁发生,各国越来越重视溢油的防治与回收。鉴于海上溢油回收作业方式以及污油的特性,污油输送泵应具有结构紧凑、重量轻、处理量大、可输送含固体颗粒或粘性较大的流体,并具有空载运转和连续运转、过载不会烧毁的特点。

       隔膜泵工作原理适于溢油回收,但国产隔膜泵结构笨重、处理量低,严重。因此,开发适合中国国情、价格低、处理量相对较大的新型隔膜泵已经成为目前亟待解决的问题。应用引流原理的隔膜泵体积效率有很大提高,更适合海上污油输送。

论文根据流体力学的基本原理,建立了引流隔膜泵的理论模型,并对微分方程组进行了求解,得到了理论引流泵内部流体的流动规律。分析表明,引流泵的工作过程分为推进流动和引流流动两个阶段,在推进流动阶段,活塞排出流体速度大于排出管道中流体速度,部分流体储存于缓冲罐中,随着活塞速度的降低,缓冲罐中的流体又被释放出来,继续推动流体加速;在引流流动阶段,外界流体在排出管道中流体惯性力的作用下继续被输送。用速度源项模拟缓冲罐的作用,并基于In-Form方法和动物体方法实现了阀门的开关功能,编写了物体运动的MOF文件,最终形成了一套引流隔膜泵的数值计算方法。应用该方法对一理论引流泵进行了数值模拟,验证了引流流动的存在,并且表明在理论条件下引流泵的体积效率达到了200%以上。