摇摆条件下凝水泵三维汽蚀仿真模拟
发布时间：2021-02-07 13:12
船用核动力装置具有续航能力强、不依赖氧气、功率大、运行稳定、易于控制等优点,在军用和民用上都已经得到了广泛的应用。凝水泵作为船用核动力装置二回路中提供冷凝水的重要部分,对船用核动力装置的安全运行有着非常重要的作用。由于船用核动力装置受空间布置限制,凝水系统灌注高度小,除氧后的凝水过冷度很低,处于饱和状态,凝水泵在运行过程中容易发生汽蚀。再加上船体运行中会受到海洋波浪的影响,凝水泵会随船体的横摇、纵倾运动导致共用冷凝器液位大幅晃荡,进而可能诱发凝水泵发生汽蚀,影响船用核动力装置的安全与稳定运行。因此对摇摆条件下凝水泵运行特性进行分析,考核凝水泵设计是否满足恶劣工况下的抗汽蚀性能要求,对船用核动力装置的安全运行有着重要的意义。本文以凝水泵为研究对象,运用数值计算的方法,研究横摇周期3s,幅值为45?工况下的凝水泵空化性能、空化流动特点,分析恶劣环境下凝水泵内部流场及汽蚀现象演化特性。进行了无摇摆凝水泵空化三维数值仿真计算,对比实验值得到本文适用的空化模型Zwart-Gerber-Belamri空化模型,并分析了无摇摆条件下凝水泵内的流动特点。对凝水泵进行横摇周期为3s,幅值为45?的摇摆工...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船体运动示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3图1.2汽蚀损坏的叶轮[1]1.2离心泵及离心泵空化研究现状1.2.1离心泵研究现状船用核动力装置中的凝水泵实质为一种离心泵，离心泵的工作原理为通过旋转部件的旋转运动带动流体做离心运动从而获得动能。法国工程师D.帕潘最先提出离心泵，早在1689年，他自主设计了一款四叶叶轮，是离心泵的雏形。之后他不断对叶轮进行优化改善，1705年他设计出了第一个包含了多个叶片的叶轮和蜗形压水室的泵，是真正意义上的离心泵。1754年，瑞士数学家欧拉从理论出发，对离心泵内部流场特性进行了深入研究，提出了叶片式水利机械的基本方程，为离心泵的研究与设计奠定了理论基矗1818年美国最先开始批量生产离心泵，这种泵带半开式双吸叶轮，叶轮的叶片沿叶轮径向排布，还带有蜗形压水室，结构上最接近现代所使用的离心泵，因此1818年被视为离心泵发展史上的一个转折点。到了19世纪中后期，出现了多级离心泵，英国科学家J.Tomsom设计出了能提高流体压力作用的导叶结构，能大大提高离心泵的扬程，提高离心泵的工作效率。由于离心泵的扬程、效率等参数与其进行旋转运动的转速有非常重要的关系，因此等到19世纪末高速电动机的出现为离心泵提供了动力，离心泵的优势才更好地展现出来，自此之后，海内外越来越多的科学家考试进行离心泵的研究。国外的学者对离心泵的研究开始侧重于理论分析，上世纪90年代，BaskharoneE.A.[6]等进行了离心泵的叶轮前盖板与流场介质之间的作用力的研究，发现了此力的方向是沿泵壳向前的。V.S.Lobanoff，TurtonRK[7,8]等则对叶片型线的设计和方程进行了总结和论述。UyRA[9]等对离心泵进出口段间的泄漏产生的内部不稳定力进行了研究。之后随着计算机技术的飞速发展和CFD
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文9第2章凝水泵计算模型建立及数值方法2.1引言本文以某凝水泵为研究对象，包括叶轮、吸水室、级间过渡段及出口蜗壳。为获得凝水泵在摇摆条件下汽蚀现象的演化规律及机理，需要基于Reynolds平均N-S方程求得流场中空泡分布、压力尝速度场等，而流体在汽蚀工况下的流动状态为复杂的湍流流动，为了准确模拟凝水泵的汽蚀工况需要设置合适的湍流模型、多相流模型和空化模型。本文凝水泵的运动是自转运动与船体公转运动的耦合，需要用到UDF定义凝水泵的运动规律及动网格技术。本章将介绍凝水泵模型建立、网格划分及数值计算方法，同时介绍空化模拟需要的控制方程、多相流模型、空化模型、网格技术及UDF技术等，为下文的数值模拟做理论准备。2.2凝水泵三维建模2.2.1计算模型建立计算对象为船用凝水泵简化模型，由两个导轮、两级工作轮、吸水室、级间过渡段及出口蜗壳组成，其主要几何尺寸如下图2.1所示。入口半径是0.1m，出口半径为0.0625m，此二级凝水泵布置紧凑，在空间三个方向的尺寸均在半米左右，因此在计算扬程时进出口间的高度水头过小，可以忽略不计。图2.1凝水泵简化模型图
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾斜与摇摆条件下一体化反应堆自然循环特性研究[J]. 王冰,彭敏俊,夏庚磊,孙林,赵亚楠. 原子能科学技术. 2017(05)
[2]导叶安装位置对混流泵压力脉动特性的影响[J]. 顾延东,袁寿其,裴吉,刘永,曹健. 排灌机械工程学报. 2017(02)
[3]双吸离心泵空化特性的试验及数值模拟[J]. 孟根其其格,谭磊,见文,刘卫伟,魏培茹,曹树良. 中国科学:技术科学. 2015(10)
[4]基于CFD技术的多级离心泵汽蚀性能研究[J]. 陈芳芳,李志鹏,王昌生. 热能动力工程. 2013(05)
[5]离心叶轮中间流线划分的解析解[J]. 王桃,严敬. 西华大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]CFD方法在压水堆安全分析中的应用现状和发展趋势[J]. 李萍,陈煜,姚伟达,谢永诚. 计算机辅助工程. 2013(03)
[7]离心泵进口回流流场特性的数值模拟及试验[J]. 袁寿其,梁赟,袁建平,张金凤,骆寅. 排灌机械工程学报. 2011(06)
[8]渣浆泵蜗壳断面的数值积分求解[J]. 严敬,王桃,曾朝强,阚能琪. 西华大学学报(自然科学版). 2011(01)
[9]核电站离心式上充泵多工况水力设计[J]. 袁寿其,付强,朱荣生. 排灌机械工程学报. 2010(03)
[10]民用船舶的核动力选择[J]. 孙玉伟,严新平. 中国船检. 2010(04)
硕士论文
[1]基于叶片入口形状控制的离心泵汽蚀性能优化研究[D]. 张潇飞.兰州理工大学 2019
[2]基于两相流的多级离心泵汽蚀性能分析[D]. 管俊.华南理工大学 2011
本文编号：3022276
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船体运动示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3图1.2汽蚀损坏的叶轮[1]1.2离心泵及离心泵空化研究现状1.2.1离心泵研究现状船用核动力装置中的凝水泵实质为一种离心泵，离心泵的工作原理为通过旋转部件的旋转运动带动流体做离心运动从而获得动能。法国工程师D.帕潘最先提出离心泵，早在1689年，他自主设计了一款四叶叶轮，是离心泵的雏形。之后他不断对叶轮进行优化改善，1705年他设计出了第一个包含了多个叶片的叶轮和蜗形压水室的泵，是真正意义上的离心泵。1754年，瑞士数学家欧拉从理论出发，对离心泵内部流场特性进行了深入研究，提出了叶片式水利机械的基本方程，为离心泵的研究与设计奠定了理论基矗1818年美国最先开始批量生产离心泵，这种泵带半开式双吸叶轮，叶轮的叶片沿叶轮径向排布，还带有蜗形压水室，结构上最接近现代所使用的离心泵，因此1818年被视为离心泵发展史上的一个转折点。到了19世纪中后期，出现了多级离心泵，英国科学家J.Tomsom设计出了能提高流体压力作用的导叶结构，能大大提高离心泵的扬程，提高离心泵的工作效率。由于离心泵的扬程、效率等参数与其进行旋转运动的转速有非常重要的关系，因此等到19世纪末高速电动机的出现为离心泵提供了动力，离心泵的优势才更好地展现出来，自此之后，海内外越来越多的科学家考试进行离心泵的研究。国外的学者对离心泵的研究开始侧重于理论分析，上世纪90年代，BaskharoneE.A.[6]等进行了离心泵的叶轮前盖板与流场介质之间的作用力的研究，发现了此力的方向是沿泵壳向前的。V.S.Lobanoff，TurtonRK[7,8]等则对叶片型线的设计和方程进行了总结和论述。UyRA[9]等对离心泵进出口段间的泄漏产生的内部不稳定力进行了研究。之后随着计算机技术的飞速发展和CFD
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文9第2章凝水泵计算模型建立及数值方法2.1引言本文以某凝水泵为研究对象，包括叶轮、吸水室、级间过渡段及出口蜗壳。为获得凝水泵在摇摆条件下汽蚀现象的演化规律及机理，需要基于Reynolds平均N-S方程求得流场中空泡分布、压力尝速度场等，而流体在汽蚀工况下的流动状态为复杂的湍流流动，为了准确模拟凝水泵的汽蚀工况需要设置合适的湍流模型、多相流模型和空化模型。本文凝水泵的运动是自转运动与船体公转运动的耦合，需要用到UDF定义凝水泵的运动规律及动网格技术。本章将介绍凝水泵模型建立、网格划分及数值计算方法，同时介绍空化模拟需要的控制方程、多相流模型、空化模型、网格技术及UDF技术等，为下文的数值模拟做理论准备。2.2凝水泵三维建模2.2.1计算模型建立计算对象为船用凝水泵简化模型，由两个导轮、两级工作轮、吸水室、级间过渡段及出口蜗壳组成，其主要几何尺寸如下图2.1所示。入口半径是0.1m，出口半径为0.0625m，此二级凝水泵布置紧凑，在空间三个方向的尺寸均在半米左右，因此在计算扬程时进出口间的高度水头过小，可以忽略不计。图2.1凝水泵简化模型图
【参考文献】：
期刊论文
[1]倾斜与摇摆条件下一体化反应堆自然循环特性研究[J]. 王冰,彭敏俊,夏庚磊,孙林,赵亚楠. 原子能科学技术. 2017(05)
[2]导叶安装位置对混流泵压力脉动特性的影响[J]. 顾延东,袁寿其,裴吉,刘永,曹健. 排灌机械工程学报. 2017(02)
[3]双吸离心泵空化特性的试验及数值模拟[J]. 孟根其其格,谭磊,见文,刘卫伟,魏培茹,曹树良. 中国科学:技术科学. 2015(10)
[4]基于CFD技术的多级离心泵汽蚀性能研究[J]. 陈芳芳,李志鹏,王昌生. 热能动力工程. 2013(05)
[5]离心叶轮中间流线划分的解析解[J]. 王桃,严敬. 西华大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]CFD方法在压水堆安全分析中的应用现状和发展趋势[J]. 李萍,陈煜,姚伟达,谢永诚. 计算机辅助工程. 2013(03)
[7]离心泵进口回流流场特性的数值模拟及试验[J]. 袁寿其,梁赟,袁建平,张金凤,骆寅. 排灌机械工程学报. 2011(06)
[8]渣浆泵蜗壳断面的数值积分求解[J]. 严敬,王桃,曾朝强,阚能琪. 西华大学学报(自然科学版). 2011(01)
[9]核电站离心式上充泵多工况水力设计[J]. 袁寿其,付强,朱荣生. 排灌机械工程学报. 2010(03)
[10]民用船舶的核动力选择[J]. 孙玉伟,严新平. 中国船检. 2010(04)
硕士论文
[1]基于叶片入口形状控制的离心泵汽蚀性能优化研究[D]. 张潇飞.兰州理工大学 2019
[2]基于两相流的多级离心泵汽蚀性能分析[D]. 管俊.华南理工大学 2011
本文编号：3022276
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