本书系统地阐述了固液两相流泵基本理论与设计方法，主要内容包括固液两相流基础知识，固液两相流泵概述，杂质泵，无堵塞泵，固液两相流泵水力设计，固液两相流泵工作特性，固液两相流泵水动力特性，固液两相流泵内固液两相流动特性与结构，固液两相流泵磨蚀、腐蚀机理与防护，固液两相流泵试验测试，固液两相流泵计算机辅助设计，固液两相流泵数值分析。本书内容翔实，基础理论与实践紧密结合，选取案例均来自作者科研实践，具有很高的实用性。本书对固液两相流泵水力设计、性能评估、结构优化、内流场测试、磨蚀与腐蚀防护等具有较高的参考价值。

1）本书基于固液两相流理论，通过试验测试和数值计算的方法研究了固液两相流泵内两相流动结构、流动特性和水动力特性等内流机理，系统地给出了固液两相流泵的设计方法，以及固液两相流泵内两相流非定常流动特性和叶轮的能量转化机理。
2）本书内容翔实，基础理论与实践紧密结合，选取案例均来自作者科研实践，具有很高的实用性。
3）本书对固液两相流泵的水力设计、性能评估、结构优化、内流场测试、磨蚀与腐蚀防护等具有较高的参考价值。

固体物料的水力输送是固液两相流动典型的工程应用，固液两相流泵是针对固液两相流动的特点而开发和应用的，其在输送固液两相流体时具有突出的优越性，如高效、耐磨、抗堵塞等。固液两相流泵的叶轮在输送固液两相流体时的能量转化机理和非定常流体动力学行为是流体机械和多相流体力学新的研究方向。不论是固液两相流泵内的固液两相流动特性，还是旋转水力机械内的非定常多相流动流体，其动力学行为都是目前和今后水力机械和多相流体动力学研究领域亟待研究的热点和挑战性的课题之一。
本书基于固液两相流理论，通过试验测试和数值计算的方法研究固液两相流泵内非定常固液两相流动特性和能量转化机理，系统地给出了固液两相流泵的设计方法，以及固液两相流泵内两相流非定常流动特性和叶轮的能量转化机理，为该类泵设计理论的完善和应用提供参考依据。鉴于固液两相流泵种类繁多，本书以固液两相流泵中具有代表性的泵种作为主要讲解对象，其中，杂质泵主要选渣浆泵，无堵塞泵以螺旋离心泵、旋流泵为代表，分别分析和总结固液两相流泵基本理论、水力设计、工作特性和水动力特性等，得出其输送固液两相流时非定常流动特性和叶片的能量转化机理，促进该类固液两相流体泵内部流动理论和水力设计理论的深入研究，使该类泵的优化设计和工程应用具有重要的意义。本书的研究成果进一步夯实了固液两相流水力机械的非定常流动理论，并促进了固液两相流科学在水力输送等工程领域的应用。
特别感谢国家自然科学基金项目（51579125、51969014、51609113、51079066、52179086）、甘肃省杰出青年人才计划（20JR10RA204）、甘肃省自然科学基金（20JR5RA456）和兰州理工大学红柳优秀青年人才支持计划等资助。
衷心感谢日本大学彭国义教授对本书提出宝贵建议，同时，也感谢水力机械多相流课题组各位同仁的大力支持，感谢韩伟博士、李琪飞博士、申正精博士、杜媛英博士、史凤霞博士、郭艳磊博士、黄祺博士、龚成勇博士和李兵、苏吉鑫等硕士。本书还得到兰州理工大学流体机械及工程系其他教师的支持，感谢课题组的杨雪玲、孙晨曦、刘晓艺、傅百恒、李瑾、王仁本、李光贤、张正杰、柴艺、袁仕芳、郭建慧、柴小煜和王鹏业等硕士研究生。在本书撰写过程中，参考和引用了国内外相关文献，在此对这些文献的作者一并表示真挚的谢意。

作者

序
前言
第1章固液两相流基础知识1
1.1固液两相流基本理论1
1.1.1相与相现象1
1.1.2固液两相流简介3
1.1.3固液两相流发展史及研究方法4
1.2固液两相流基本物性7
1.2.1单颗粒基本参数7
1.2.2两相流基本参数8
1.2.3颗粒粒度测量方法12
1.3固液两相流中颗粒特性14
1.3.1颗粒动力学特性14
1.3.2颗粒群特性17
1.4固液两相流分类17
1.4.1按固液两相组成分类17
1.4.2按颗粒尺寸分类18
1.4.3按颗粒雷诺数Rep分类18
1.4.4按固相体积分数分类19
1.5浆体基本参数19
1.5.1浆体主要表征参数19
1.5.2泥浆的基本参数21
1.6沉降流速23
1.6.1固液两相流沉降概况23
1.6.2静水中颗粒自由沉降23
1.6.3固液两相流沉降的影响因素25
1.7典型固液两相流26
1.7.1低浓度含沙水26
1.7.2高浓度含沙水27
参考文献29
第2章固液两相流泵概述31
2.1固液两相流泵简介31
2.2固液两相流泵分类31
2.2.1按应用类型分类31
2.2.2按泵的作用原理分类32
2.2.3按输送介质的性质分类32
2.2.4按结构形式分类32
参考文献33
第3章杂质泵34
3.1渣浆泵34
3.1.1简介34
3.1.2结构形式34
3.1.3结构特点35
3.1.4渣浆泵的设计方法与难点36
3.1.5渣浆泵的密封与磨蚀防护36
3.1.6渣浆泵的应用37
3.1.7渣浆泵作业注意事项37
3.2砂泵38
3.2.1简介38
3.2.2结构39
3.2.3砂泵类型40
3.2.4选型与使用41
3.2.5应用42
3.3挖泥泵42
3.3.1简介42
3.3.2采砂原理42
3.3.3结构42
3.3.4应用43
3.4泥浆泵44
3.4.1简介44
3.4.2容积式泥浆泵44
3.4.3立式泥浆泵47
3.4.4泥浆泵的应用47
参考文献48
第4章无堵塞泵49
4.1螺旋离心泵49
4.1.1简介49
4.1.2结构特点49
4.1.3运行特性50
4.1.4应用51
4.2旋流泵51
4.2.1简介51
4.2.2工作原理51
4.2.3结构51
4.2.4运行特性52
4.2.5设计理论52
4.2.6应用53
4.3流道式无堵塞泵53
4.3.1简介53
4.3.2单流道无堵塞泵53
4.3.3双流道无堵塞泵55
4.4纸浆泵57
4.4.1简介57
4.4.2性能特点57
4.4.3应用57
4.5其他类型固液两相流泵57
4.5.1固液两相轴流泵简介58
4.5.2轴流泵结构58
4.5.3轴流泵水力设计方法59
4.5.4输送固液两相流特性59
4.5.5轴流泵作为输河沙水应用60
参考文献60
第5章固液两相流泵水力设计62
5.1固液两相流泵传统水力设计方法62
5.1.1一维叶片设计理论62
5.1.2基于两类流面的准三维反问题计算62
5.1.3基于涡面的全三维叶片设计理论63
5.2传统设计方法的发展63
5.2.1经验模型换算法63
5.2.2经验统计速度系数设计法64
5.2.3叶片型线设计研究64
5.2.4基于人工智能的专家系统的优化设计65
5.2.5三元流动设计理论65
5.3固液两相流泵设计66
5.3.1固液两相流泵设计基本思想66
5.3.2固液两相流泵设计原则66
5.4基于两相流理论的设计方法67
5.4.1两相流畸变速度设计法67
5.4.2两相流速度比设计法67
5.4.3结构设计的特殊性72
5.5叶片型线设计法73
5.5.1渐开线73
5.5.2等角螺旋线74
5.6螺旋离心泵叶轮叶片型线方程75
5.6.1螺旋线方程75
5.6.2叶片曲面型线方程76
5.7固液两相流泵水力设计实例螺旋离心泵80
5.7.1传统设计80
5.7.2固液两相流型线设计方法92
参考文献95
第6章固液两相流泵工作特性96
6.1固液两相流泵性能基本参数和清水介质性能96
6.1.1泵的性能参数96
6.1.2固液两相流泵输送清水时的性能97
6.2泵输送固液两相流时的性能99
6.2.1泵送浆体时表征性能参数99
6.2.2工作压力101
6.2.3泵送浆体时性能试验101
6.2.4渣浆泵的运行性能101
6.3渣浆泵的汽蚀特性102
6.3.1泵无汽蚀运行的条件102
6.3.2有效汽蚀余量计算103
6.4螺旋离心泵的工作特性104
6.4.1固液两相流介质含沙水假设104
6.4.2含沙水下的性能变化105
6.4.3螺旋离心泵工作特性分析107
参考文献109
第7章固液两相流泵水动力特性110
7.1螺旋离心泵内叶轮水动力特性110
7.1.1叶轮轴向力、径向力110
7.1.2固液两相流介质对水动力特性的影响112
7.2螺旋离心泵瞬变流水动力响应115
7.2.1螺旋离心泵瞬变流特性115
7.2.2螺旋离心泵瞬变流水动力分析122
参考文献122
第8章固液两相流泵内固液两相流动特性与结构123
8.1螺旋离心泵内固液两相流流动特性123
8.1.1数值模拟条件123
8.1.2螺旋离心泵内固液两相流动特性123
8.1.3固相对螺旋离心泵磨损特性分析138
8.1.4螺旋离心泵内叶轮工作机理140
8.2螺旋离心泵内固液两相场空间分布及速度滑移141
8.2.1相速度和相含率分布142
8.2.2固液两相速度滑移现象143
8.3螺旋离心泵内固液两相场空间结构145
8.3.1泵内涡结构理论分析145
8.3.2螺旋离心泵内涡结构146
8.3.3螺旋离心泵内涡量与涡结构147
8.4旋流泵内部流动特性及结构形式149
8.4.1旋流泵内部流动结构描述149
8.4.2旋流泵模型建立151
8.4.3旋流泵无叶腔的内流特性分析153
8.4.4旋流泵内流机理及内流结构模型建立160
8.5旋流泵内流体流动结构演变特性164
8.5.1特征参数定义164
8.5.2形状系数对能量转换的影响165
8.5.3几何关联系数对能量转换的影响167
8.5.4旋流泵内流动结构演变特性167
参考文献168
第9章固液两相流泵磨蚀、腐蚀机理与防护170
9.1固液两相流泵磨蚀研究现状170
9.1.1泵磨蚀国外研究现状170
9.1.2泵磨蚀国内研究现状171
9.1.3渣浆泵磨蚀研究现状174
9.1.4磨蚀及空化对固液两相流泵运行影响174
9.2固液两相流泵磨蚀特性175
9.2.1磨蚀机理175
9.2.2磨损理论177
9.2.3固液两相流泵磨蚀特性分析179
9.2.4影响磨损特性的因素182
9.3固液两相流泵腐蚀184
9.3.1腐蚀类型184
9.3.2带有机械应力腐蚀185
9.3.3腐蚀其他影响因素186
9.4磨蚀数值计算模型186
9.4.1冲蚀速率187
9.4.2Fluent中的冲蚀模型187
9.4.3CFX中的冲蚀模型187
9.5固液两相流泵磨蚀数值分析应用实例190
9.5.1颗粒体积分数变化190
9.5.2叶轮域速度变化191
9.5.3磨蚀云图191
9.5.4结论192
9.6固液两相流泵防磨蚀措施及技术192
9.6.1水力设计中的抗磨措施192
9.6.2运行中的抗磨措施193
9.6.3抗磨材质的应用193
9.6.4涂层技术193
9.6.5高分子复合材料应用194
参考文献194
第10章固液两相流泵试验测试196
10.1固液两相流泵试验概述196
10.2固液两相流泵试验测试系统与性能测试197
10.2.1两种试验台的适用性197
10.2.2两种试验台的特点198
10.3固液两相流泵性能试验198
10.3.1性能试验测量系统199
10.3.2性能试验方法199
10.3.3性能试验计算200
10.3.4注意事项200
10.4固液两相流泵其他综合试验201
10.4.1泵的汽蚀试验201
10.4.2泵的振动试验202
10.4.3泵的噪声试验205
10.5固液两相流泵内流场显示测试研究209
10.5.1传统流动测试技术研究209
10.5.2现代流动测试技术发展过程210
10.5.3PIV测试技术212
10.5.4高速动态摄影技术218
10.5.5固液两相流泵流场显示测试的难点和处理方法219
参考文献221
第11章固液两相流泵计算机辅助设计223
11.1固液两相流泵计算机辅助设计应用实例223
11.1.1设计思想223
11.1.2功能模块划分及流程图223
11.1.3设计过程224
11.2固液两相流泵建模228
11.2.1蜗壳水体建模228
11.2.2叶轮水体建模232
11.2.3文件保存236
参考文献237
第12章固液两相流泵数值分析238
12.1固液两相流泵数值计算方法238
12.1.1固液两相流数值计算流程238
12.1.2固液两相流数值计算处理方法238
12.1.3固液两相流数值模拟的难点和关键性问题239
12.1.4固液两相流数值模型239
12.1.5固液两相流数值模拟的常用方法240
12.2固液两相流泵网格划分241
12.2.1网格划分流程241
12.2.2ICEM网格划分操作步骤242
12.2.3网格无关性检查247
12.3固液两相流泵Fluent两相流数值计算248
12.3.1固液两相流数值边界条件249
12.3.2数值计算方法249
12.3.3计算迭代残差设置249
12.3.4计算收敛性的判定250
12.3.5数值模拟设置过程250
12.3.6数值模拟结果处理259
12.4固液两相流泵CFX数值计算260
12.4.1旋流泵模型建立261
12.4.2全流场CFX数值设置262
12.4.3进行计算及CFX-POST后处理268
12.5固液两相流泵内两相流CFX数值计算270
12.5.1网格划分270
12.5.2边界条件270
12.5.3后处理276
参考文献281