高温熔盐泵设计及可靠性分析
发布时间：2021-02-19 06:09
由于熔盐具有良好的蓄热、导热能力以及稳定的化学性质,使得熔盐在未来先进核能和光热电站中有着巨大的应用潜力。熔盐泵是输送高温熔盐的关键设备,运行温度可高达7001000℃,且熔盐密度高、粘度大,这些均给熔盐泵的设计和稳定运行带来了巨大挑战。因此,高温熔盐泵的研发已成为当前水力机械领域的一个重要课题。为了探索高温熔盐泵的设计和分析方法,本文采用理论分析、数值计算与实验测试相结合的方法对立式高温熔盐泵的过流部件进行了水力设计,并从静力学强度和动力学特性两个方面对其运行可靠性进行了分析和研究。本文研究的主要内容和成果有:（1）概述了高温熔盐泵在不同领域的应用以及面临的主要问题;回顾了离心泵数值模拟和流热固耦合的研究进展;介绍了流体计算和流热固耦合研究的理论基础。（2）根据高温熔盐泵的使用需求进行了结构设计,并对叶轮、导叶和环形蜗室进行了水力设计,给出了过流部件主要尺寸的确定方法和计算过程;结合样机实验对设计方案的水力性能进行验证,实验结果表明设计方案合理,满足设计要求。（3）对高温熔盐泵进行全流场定常数值模拟,计算了高温熔盐泵输送水和熔盐两种介质时的水力性能;根据数值计算...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 离心泵内流场模拟的研究现状
1.3 流-热-固耦合的研究现状
1.4 离心泵模态分析研究现状
1.5 主要研究内容
第二章 高温熔盐泵的设计
2.1 设计基本要求
2.2 结构设计
2.3 叶轮的水力设计
2.4 导叶的水力设计
2.5 环形蜗室的水力设计
2.6 高温熔盐泵性能验证
2.7 本章小结
第三章 高温熔盐泵内部流动数值模拟
3.1 数值模拟理论基础
3.1.1 计算流体力学及常用的CFD商业软件
3.1.2 流体的基本控制方程
3.1.3 湍流模型
3.2 三维造型和网格划分
3.2.1 水力计算区域选取和造型
3.2.2 网格划分
3.3 数值模拟方案
3.3.1 边界条件
3.3.2 求解器设置
3.3.3 网格相关性检查
3.3.4 湍流模型的选取
3.4 数值计算结果的验证
3.5 计算结果与分析
3.5.1 不同介质下熔盐泵性能对比
3.5.2 不同介质下绝对速度分布对比
3.5.3 不同介质下静压分布对比
3.5.4 不同介质下叶轮相对速度分布对比
3.6 本章小结
第四章 高温熔盐泵温升过程叶轮强度校核与分析
4.1 高温熔盐泵的启动方式
4.2 流-热-固耦合三场耦合方法
4.2.1 耦合问题的求解方法
4.2.2 流热固单向耦合计算流程
4.2.3 控制方程
4.3 温升过程中温度场的计算与分析
4.3.1 计算模型与初始条件设定
4.3.2 不同时刻的温度场分布
4.3.3 不同流量下的温度场分布
4.3.4 不同温升速率下的温度场分布
4.4 叶轮的温度变化分析
4.4.1 导热微分方程
4.4.2 热分析类型
4.4.3 传热分析边界条件
4.4.4 叶轮有限元模型建立及网格划分
4.4.5 叶轮实体温度计算结果
4.5 温升过程中叶轮应力计算与分析
4.5.1 屈服准则简述
4.5.2 结构分析前处理
4.5.3 叶轮热应力与机械应力作用分析
4.6 可靠性校核
4.7 本章小结
第五章 高温熔盐泵的结构动力学特性分析
5.1 模态分析原理
5.2 多相位模态分析与计算
5.2.1 模态分析对象及工况
5.2.2 内流计算方法
5.2.3 结构体网格划分
5.2.4 约束设置
5.2.5 无预应力下的模态分析
5.2.6 有预应力下的模态分析
5.2.7 振型分析
5.3 转子系统临界转速分析及应用
5.3.1 刚性支撑下的临界转速
5.3.2 转子径向支撑刚度的选择范围
5.3.3 转子轴向支撑刚度的选择范围
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参加科研项目和发表论文
论文发表情况
参加科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]Numerical Simulation of Temperature Distribution and ThermalStress Field in a Turbine Blade with Multilayer-Structure TBCs by a Fluid–Solid Coupling Method[J]. W.Z.Tang,L.Yang,W.Zhu,Y.C.Zhou,J.W.Guo,C.Lu. Journal of Materials Science & Technology. 2016(05)
[2]高温熔盐泵的模态计算与分析[J]. 郭豹,刘厚林,王纳秀,王凯,吴贤芳. 流体机械. 2016(03)
[3]导叶周向安装位置对离心泵叶轮径向力的影响[J]. 郭豹,刘厚林,谈明高,丁荣,王凯. 排灌机械工程学报. 2016(03)
[4]离心泵蜗壳内非定常流动特性的数值模拟及分析[J]. 孟根其其格,谭磊,曹树良,王玉川. 机械工程学报. 2015(22)
[5]高温泵用液膜密封流热固耦合分析[J]. 杨丹丹,郝木明,张元,章大海,庄媛,王选盈. 应用数学和力学. 2015(03)
[6]高温高压冶金用热水循环泵模态分析[J]. 刘厚林,白羽,董亮,刘明明,肖佳伟. 江苏大学学报(自然科学版). 2015(02)
[7]高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化[J]. 宋英杰,余广霖,宋立明,李军,丰镇平. 工程热物理学报. 2014(12)
[8]基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究[J]. 黄浩钦,刘厚林,王勇,戴菡葳,蒋琳玲. 农业工程学报. 2014(15)
[9]基于流热固耦合的核电蒸汽发生器传热管热应力数值模拟[J]. 郑陆松,孙宝芝,杨元龙,杨柳. 原子能科学技术. 2014(01)
[10]离心泵侧壁式压水室的模态计算分析[J]. 李忠,张宁,杨敏官,高波. 流体机械. 2013(11)
博士论文
[1]离心泵作透平流体诱发噪声特性理论数值与试验研究[D]. 代翠.江苏大学 2014
[2]1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D]. 付强.江苏大学 2010
本文编号：3040715
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 离心泵内流场模拟的研究现状
1.3 流-热-固耦合的研究现状
1.4 离心泵模态分析研究现状
1.5 主要研究内容
第二章 高温熔盐泵的设计
2.1 设计基本要求
2.2 结构设计
2.3 叶轮的水力设计
2.4 导叶的水力设计
2.5 环形蜗室的水力设计
2.6 高温熔盐泵性能验证
2.7 本章小结
第三章 高温熔盐泵内部流动数值模拟
3.1 数值模拟理论基础
3.1.1 计算流体力学及常用的CFD商业软件
3.1.2 流体的基本控制方程
3.1.3 湍流模型
3.2 三维造型和网格划分
3.2.1 水力计算区域选取和造型
3.2.2 网格划分
3.3 数值模拟方案
3.3.1 边界条件
3.3.2 求解器设置
3.3.3 网格相关性检查
3.3.4 湍流模型的选取
3.4 数值计算结果的验证
3.5 计算结果与分析
3.5.1 不同介质下熔盐泵性能对比
3.5.2 不同介质下绝对速度分布对比
3.5.3 不同介质下静压分布对比
3.5.4 不同介质下叶轮相对速度分布对比
3.6 本章小结
第四章 高温熔盐泵温升过程叶轮强度校核与分析
4.1 高温熔盐泵的启动方式
4.2 流-热-固耦合三场耦合方法
4.2.1 耦合问题的求解方法
4.2.2 流热固单向耦合计算流程
4.2.3 控制方程
4.3 温升过程中温度场的计算与分析
4.3.1 计算模型与初始条件设定
4.3.2 不同时刻的温度场分布
4.3.3 不同流量下的温度场分布
4.3.4 不同温升速率下的温度场分布
4.4 叶轮的温度变化分析
4.4.1 导热微分方程
4.4.2 热分析类型
4.4.3 传热分析边界条件
4.4.4 叶轮有限元模型建立及网格划分
4.4.5 叶轮实体温度计算结果
4.5 温升过程中叶轮应力计算与分析
4.5.1 屈服准则简述
4.5.2 结构分析前处理
4.5.3 叶轮热应力与机械应力作用分析
4.6 可靠性校核
4.7 本章小结
第五章 高温熔盐泵的结构动力学特性分析
5.1 模态分析原理
5.2 多相位模态分析与计算
5.2.1 模态分析对象及工况
5.2.2 内流计算方法
5.2.3 结构体网格划分
5.2.4 约束设置
5.2.5 无预应力下的模态分析
5.2.6 有预应力下的模态分析
5.2.7 振型分析
5.3 转子系统临界转速分析及应用
5.3.1 刚性支撑下的临界转速
5.3.2 转子径向支撑刚度的选择范围
5.3.3 转子轴向支撑刚度的选择范围
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参加科研项目和发表论文
论文发表情况
参加科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]Numerical Simulation of Temperature Distribution and ThermalStress Field in a Turbine Blade with Multilayer-Structure TBCs by a Fluid–Solid Coupling Method[J]. W.Z.Tang,L.Yang,W.Zhu,Y.C.Zhou,J.W.Guo,C.Lu. Journal of Materials Science & Technology. 2016(05)
[2]高温熔盐泵的模态计算与分析[J]. 郭豹,刘厚林,王纳秀,王凯,吴贤芳. 流体机械. 2016(03)
[3]导叶周向安装位置对离心泵叶轮径向力的影响[J]. 郭豹,刘厚林,谈明高,丁荣,王凯. 排灌机械工程学报. 2016(03)
[4]离心泵蜗壳内非定常流动特性的数值模拟及分析[J]. 孟根其其格,谭磊,曹树良,王玉川. 机械工程学报. 2015(22)
[5]高温泵用液膜密封流热固耦合分析[J]. 杨丹丹,郝木明,张元,章大海,庄媛,王选盈. 应用数学和力学. 2015(03)
[6]高温高压冶金用热水循环泵模态分析[J]. 刘厚林,白羽,董亮,刘明明,肖佳伟. 江苏大学学报(自然科学版). 2015(02)
[7]高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化[J]. 宋英杰,余广霖,宋立明,李军,丰镇平. 工程热物理学报. 2014(12)
[8]基于流固耦合的船用离心泵转子应力应变及模态研究[J]. 黄浩钦,刘厚林,王勇,戴菡葳,蒋琳玲. 农业工程学报. 2014(15)
[9]基于流热固耦合的核电蒸汽发生器传热管热应力数值模拟[J]. 郑陆松,孙宝芝,杨元龙,杨柳. 原子能科学技术. 2014(01)
[10]离心泵侧壁式压水室的模态计算分析[J]. 李忠,张宁,杨敏官,高波. 流体机械. 2013(11)
博士论文
[1]离心泵作透平流体诱发噪声特性理论数值与试验研究[D]. 代翠.江苏大学 2014
[2]1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D]. 付强.江苏大学 2010
本文编号：3040715
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