基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究
发布时间：2023-11-12 15:10
机械密封是核主泵的主要部件,为了给核主泵用机械密封的设计优化提供理论依据,本课题研究了锥度端面机械密封和波度端面机械密封的密封性能。核主泵用机械密封在运行时,密封环间隙内会存在着微米级的液膜,分别建立了锥度端面机械密封和波度端面机械的液膜模型。以能更精确描述流场的NavierStokes方程、含粘性耗散项的能量方程和连续性方程为控制方程,基于Open FOAM编译了自定义的流热单向耦合求解器,求解液膜模型的压力场和温度场。研究了两种机械密封结构参数的改变对密封性能的影响,得出了密封性能随结构参数改变的变化规律,分析了结构参数的改变对液膜内温度场的影响,计算了液膜内的最大温差,发现粘性剪切摩擦热引起的液膜内的温度变化是不能忽略的。在流热单向耦合研究的基础上,考虑粘温效应,编译了流热耦合求解器和相应的粘度模型,研究粘温效应对锥度端面机械密封和波度端面机械密封的密封性能的影响,分析了随着结构参数的变化,粘温效应对密封性能参数相对变化率的影响,发现粘温效应对密封性能的影响是不能忽略的。根据结构参数对密封性能的影响规律,以及在粘温效影响下的密封性能变化规律,综合考量泄漏量的控制、密封的承载能力和...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 机械密封简介
1.3 机械密封国内外研究现状
1.4 本文研究内容
第2章 核主泵机械密封研究的OpenFOAM求解器开发
2.1 OpenFOAM简介
2.2 流热单向耦合求解器
2.2.1 控制方程
2.2.2 求解器编译开发
2.2.3 求解器验证
2.3 流热耦合求解器
2.3.1 控制方程
2.3.2 求解器编译开发
2.3.3 求解器验证
2.4 本章小结
第3章 锥度端面机械密封的密封性能研究
3.1 引言
3.2 数学建模
3.2.1 几何模型
3.2.2 流动状态判断
3.2.3 边界条件
3.2.4 密封性能参数
3.2.5 网格无关性验证
3.3 结构参数对锥度端面机械密封的密封性能影响
3.3.1 液膜基础膜厚对密封性能的影响
3.3.2 密封环锥度对密封性能的影响
3.3.3 密封环坝宽比对密封性能的影响
3.4 锥度端面机械密封液膜温度分布研究
3.4.1 液膜基础膜厚对温度分布的影响
3.4.2 静环锥度对温度分布的影响
3.4.3 坝宽比度温度分布的影响
3.5 本章小结
第4章 波度端面机械密封的密封性能研究
4.1 引言
4.2 数学建模
4.2.1 几何模型
4.2.2 流动状态判断
4.2.3 边界条件
4.2.4 网格无关性验证
4.3 结构参数对波度端面机械密封的密封性能影响
4.3.1 液膜基础膜厚对密封性能的影响
4.3.2 静环锥度对密封性能的影响
4.3.3 密封环坝宽比对密封性能的影响
4.3.4 静环端面波幅对密封性能的影响
4.3.5 波数对密封性能的影响
4.4 结构参数对波度端面机械密封液膜温度分布的影响
4.4.1 液膜基础膜厚对温度分布的影响
4.4.2 密封环锥度对温度分布的影响
4.4.3 密封环坝宽比对温度分布的影响
4.4.4 静环端面波幅对温度分布的影响
4.4.5 波数对温度分布的影响
4.5 本章小结
第5章 核主泵密封间隙内流热耦合研究
5.1 引言
5.2 锥度端面机械密封流热耦合密封性能研究
5.2.1 网格无关性验证
5.2.2 粘温效应对泄漏量的影响
5.2.3 粘温效应对密封开启力的影响
5.2.4 粘温效应对液膜刚度的影响
5.2.5 粘温效应对温度分布的影响
5.3 波度端面机械密封流热耦合密封性能研究
5.3.1 网格无关性验证
5.3.2 粘温效应对泄漏量的影响
5.3.3 粘温效应对密封开启力的影响
5.3.4 粘温效应对液膜刚度的影响
5.3.5 粘温效应对温度分布的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3863403
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 机械密封简介
1.3 机械密封国内外研究现状
1.4 本文研究内容
第2章 核主泵机械密封研究的OpenFOAM求解器开发
2.1 OpenFOAM简介
2.2 流热单向耦合求解器
2.2.1 控制方程
2.2.2 求解器编译开发
2.2.3 求解器验证
2.3 流热耦合求解器
2.3.1 控制方程
2.3.2 求解器编译开发
2.3.3 求解器验证
2.4 本章小结
第3章 锥度端面机械密封的密封性能研究
3.1 引言
3.2 数学建模
3.2.1 几何模型
3.2.2 流动状态判断
3.2.3 边界条件
3.2.4 密封性能参数
3.2.5 网格无关性验证
3.3 结构参数对锥度端面机械密封的密封性能影响
3.3.1 液膜基础膜厚对密封性能的影响
3.3.2 密封环锥度对密封性能的影响
3.3.3 密封环坝宽比对密封性能的影响
3.4 锥度端面机械密封液膜温度分布研究
3.4.1 液膜基础膜厚对温度分布的影响
3.4.2 静环锥度对温度分布的影响
3.4.3 坝宽比度温度分布的影响
3.5 本章小结
第4章 波度端面机械密封的密封性能研究
4.1 引言
4.2 数学建模
4.2.1 几何模型
4.2.2 流动状态判断
4.2.3 边界条件
4.2.4 网格无关性验证
4.3 结构参数对波度端面机械密封的密封性能影响
4.3.1 液膜基础膜厚对密封性能的影响
4.3.2 静环锥度对密封性能的影响
4.3.3 密封环坝宽比对密封性能的影响
4.3.4 静环端面波幅对密封性能的影响
4.3.5 波数对密封性能的影响
4.4 结构参数对波度端面机械密封液膜温度分布的影响
4.4.1 液膜基础膜厚对温度分布的影响
4.4.2 密封环锥度对温度分布的影响
4.4.3 密封环坝宽比对温度分布的影响
4.4.4 静环端面波幅对温度分布的影响
4.4.5 波数对温度分布的影响
4.5 本章小结
第5章 核主泵密封间隙内流热耦合研究
5.1 引言
5.2 锥度端面机械密封流热耦合密封性能研究
5.2.1 网格无关性验证
5.2.2 粘温效应对泄漏量的影响
5.2.3 粘温效应对密封开启力的影响
5.2.4 粘温效应对液膜刚度的影响
5.2.5 粘温效应对温度分布的影响
5.3 波度端面机械密封流热耦合密封性能研究
5.3.1 网格无关性验证
5.3.2 粘温效应对泄漏量的影响
5.3.3 粘温效应对密封开启力的影响
5.3.4 粘温效应对液膜刚度的影响
5.3.5 粘温效应对温度分布的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3863403
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