离心式热油泵的水力设计及数值模拟

发布时间：2020-11-10 03:17

　　 离心式热油泵主要用于液相有机热载体加热系统,是系统中的强制循环动力装置。随着工业生产的发展和科学技术的进步,以及液相载热体加热技术在工业领域应用日趋成熟,有机热载体炉得到了不断的发展和应用,对热油泵的需求量也日益增加。但是,鉴于目前国内对大型热油泵的需求基本靠进口解决,因此,研发热油泵并使其实现国产化很有必要性。 本文首先研究了离心泵的工作原理,为后续设计提供了理论依据。然后根据常用的速度系数法对叶轮及蜗壳进行了水力设计,得到了叶轮及蜗壳的水力模型。采用Solidworks三维制图软件得到叶轮及蜗壳的三维流道模型。至此,设计阶段结束,进入离心式热油泵内部的湍流流场的数值模拟。 将SolidWorks创建的三维模型软化为step格式,导入Fluent前处理软件Gambit进行网格划分,边界条件设定,得到mesh文件。然后,采用RNG κ-ε湍流模型在设计工况对热油泵内的流场和温度场进行数值模拟。对得到了数值模拟结果进行分析,和理论分析比较吻合,进一步见证了数值模拟的可靠性。 由于热油泵工作介质温度高,对密封的可靠性要求很高。本文对热油泵的密封结构、密封形式以及密封材料进行了研究,并最终确定了焊接式金属波纹管式机械密封。最后,对密封的失效形式及原因进行分析并结合现有的研究成果提出了解决方案。为热油泵的设计以及使用操作提供了可靠的依据。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH311
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 离心式热油泵的应用及特点
    1.2 离心泵水力设计概述
    1.3 国内外泵技术研究现状及发展趋势
    1.4 离心泵内部流场数值模拟概况
    1.5 课题的提出及研究内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 课题提出的背景
        1.5.3 课题研究的主要内容
第2章 离心泵基本理论
    2.1 离心泵的分类和结构
    2.2 流体在叶轮中的运动和基本方程
    2.3 离心泵的过流部件及其工作原理
        2.3.1 吸水室
        2.3.2 叶轮
        2.3.3 压水室
    2.4 离心泵的空化、空蚀及其产生机理
第3章 热油泵的水力设计
    3.1 泵水力设计理论
        3.1.1 热油泵内的液流运动
        3.1.2 泵叶轮设计理论基础
        3.1.3 基本设计方法
    3.2 离心式热油泵叶轮的水力设计
        3.2.1 泵主要设计参数和结构方案的确定
        3.2.2 叶轮主要外形尺寸的确定
        3.2.3 叶轮水力模型的建立
    3.3 热油泵压水室的水力设计
第4章 热油泵三维建模及数值模拟
    4.1 数值模拟理论基础
        4.1.1 计算流体力学
        4.1.2 控制方程
        4.1.3 湍流模型
        4.1.4 流场数值计算的SIMPLE算法
    4.2 热油泵的流道建模
        4.2.1 叶轮流道建模
        4.2.2 蜗壳流道建模
        4.2.3 叶轮与蜗壳流道模型装配
    4.3 划分网格
    4.4 计算模型与边界条件
        4.4.1 旋转叶轮与静止涡轮之间的耦合模型
        4.4.2 边界条件
    4.5 数值模拟
        4.5.1 Fluent前处理
        4.5.2 Fluent后处理
第5章 热油泵的密封研究
    5.1 机械密封的概述
    5.2 金属波纹管式机械密封的设计
        5.2.1 金属波纹管式机械密封的结构
        5.2.2 金属波纹管式机械密封的特点
        5.2.3 金属波纹管式机械密封的设计
    5.3 金属波纹管式机械密封的失效分析
第6章 结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

【参考文献】

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本文编号：2877393