通過數值模擬對儲油罐機械清洗設備上的清洗泵在輸送高粘性介質時的性能與輸送水時性能進行對比。從泵內的壓力分布、速度分布分析粘性對內部流場的影響，以及粘性的變化對泵揚程的影響。輸送高粘性介質時離心泵的性能發生偏離，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。當需要對儲油罐進行檢修時，必須將罐底油泥清除，并將油罐罐底、罐頂和罐壁清洗干凈，以達到動火檢修的條件。目前原油儲罐的清洗主要有機械清洗和人工清洗兩種方式。機械清洗具有清洗效率高、原油回收率高、環境污染小、工人勞動強度低等優點，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械清洗成套設備中的核心設備，在整個機械清洗過程中發揮著至關重要的作用。清洗泵將清洗介質(原油、水等)加壓輸送至清洗機(噴槍)，以達到擊碎、溶解油泥和清洗罐內表面的目的。目前，國內外成套設備機組中，一般選用大功率離心泵作為清洗泵。離心泵的設計和性能試驗皆以清水為介質，而機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。研究發現，當離心泵抽送運動粘度與清水接近，而密度與清水差別較大的油類流體時，泵的揚程、體積流量和效率均與輸水時相同，只是軸功率發生了變化;而當抽送運動粘度與清水相差較大的油類流體時，泵的性能發生偏離。

　　目前，國內外對離心泵輸送粘性流體的研究也有一定進展。粘性流體在離心泵內流動時，葉輪流道內附面層變厚，流動排擠作用增強。陳曉玲在計算分析葉片邊界層厚度的基礎上，在一定輸送介質粘度范圍內，研究了離心泵輸送粘性流體時葉輪出口寬度的設計新方法，并研究了輸送粘性油時轉速對離心泵性能的影響。曹廣軍通過實驗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粘度的關系，結果表明，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算模型，利用商業CFD軟件FLUENT計算清洗泵流場，研究清洗泵在輸送高粘性介質(原油)時內部三維湍流流場的流動規律，揭示內部流場的流動特征。通過分析清洗泵在非額定工況運行時的內部流動特征，并根據數值計算的信息給出泵的預測性能，與實際運行參數進行比較，分析兩者出現偏差的原因。

2、清洗泵整機數值計算

　　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體模型，如圖1所示。生成的實體模型導入Gambit劃分網格。網格是CFD計算的載體，其質量好壞影響到計算的精度和效率。本文的葉輪流道和蝸殼流道的三維模型劃分網格時都采用TGrid混合網格，劃分結果如圖2所示。

圖1 葉輪和蝸殼流道三維實體模型

圖2 網格劃分

2.3、邊界條件設置

　　進口邊界條件設置為速度進口，出口邊界條件設置為出流，壁面處設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的，而蝸殼和進口管靜止，所以在葉輪和蝸殼以及葉輪和進口管的結合面處，需要進行一定的設置才能完成動靜區域的數據交換。本文選擇多參考坐標系模型，同時，結合面設置為interface。

4、結論

　　(1)本文通過對輸送高粘性介質時泵的流場計算，證實了數值計算方法對研究離心泵輸送粘性介質這一問題的可行性和可靠性，為進一步的研究打下基礎;

　　(2)離心泵在輸送粘性較高的介質時，在額定工況附近泵的揚程有所降低，原因是泵內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，則須降低水力損失，需要從改善泵內流場的角度入手，調整葉輪、蝸殼參數，減少內部流場的回流、軸向漩渦等;

　　(3)從數值計算的數據可以看出，相同流量時，泵的吸入壓力產生的負壓，粘性大時負壓也大。此負壓是否會導致泵產生氣蝕及影響的程度大小，有待深入研究。