高温高压离心泵三维湍流数值模拟及流动特性研究
本文选题:高温高压离心泵 + 数值模拟 ; 参考:《清华大学》2011年硕士论文
【摘要】:在核电站中,蒸汽发生器的主要功能是将核岛反应堆产生的热量转换为常规岛汽轮机所需的蒸汽热量,蒸汽发生器通过主给水泵进行给水,主给水泵运行工况为高温高压,目前对高温高压泵内部的流场分析较少,因此对高温高压泵进行内部流动特性研究有其必要的意义。 本文以高温高压离心泵为研究对象,建立了离心泵从进口到出口的全流道三维几何模型,对形状规则的离心泵进口管区域采用六面体结构化网格,其余流体区域如叶轮、导叶、泵壳等,采用网格适应性较强的非结构化网格进行划分,动静面的流动信息交换通过应用快速滑移网格技术来完成。通过湍流模型的数值模拟结果与实验数值的比较,本文选择RNGk-ε湍流模型对离心泵进行定常与非定常三维全流道湍流数值计算,分析高温高压离心泵内部流动特性。 在进行定常湍流计算时,分析平衡孔对离心泵的性能的影响,研究其降低轴向水推力的机理。在高温高压的条件下,模拟动叶轮与静止导叶之间的仿生蜂巢形密封环内的流体流动机理。在完成离心泵三维非定常湍流计算的基础上,本文分析了设计工况及偏流量工况下,主要压力脉动的产生机理、压力脉动的传播规律、脉动源的位置及压力脉动的振幅特性。通过对高温高压离心泵泵壳上布置测点来分析压力脉动的幅值对泵壳安全性的影响,结果表明位于泵壳壁面上测点的压力脉动的幅值很小,,从而判断对泵壳的安全性能的影响不大。 由于高温高压离心泵的泵壳设计成类似球形结构,其水力损失较大,本文对泵壳内的水力损失及流动状态做具体的分析,发现泵壳内的流体流动状态非常紊乱,并且含有大量的旋涡,从导叶流出的流体很大一部分在泵壳内经多次回流才能流出,并且在靠近出水管类似隔舌处,出现很大一块在驻点区域,同样造成了较大的冲击损失。
[Abstract]:In nuclear power plant, the main function of steam generator is to convert the heat produced by nuclear island reactor into the steam heat required by conventional island steam turbine. The steam generator feeds water through the main feed pump, and the main feed pump operates under high temperature and high pressure. At present, the flow field analysis of high temperature and high pressure pump is less, so it is necessary to study the internal flow characteristics of high temperature high pressure pump. Taking the high temperature and high pressure centrifugal pump as the research object, the three-dimensional geometry model of the whole flow channel of the centrifugal pump from the inlet to the outlet is established. The hexahedron structured grid is used for the inlet tube of the centrifugal pump with regular shape, and the other fluid regions such as impeller and guide vane are used. The pump shell is divided into unstructured meshes with strong mesh adaptability. The flow information exchange of dynamic and static surfaces is accomplished by using rapid sliding mesh technology. By comparing the numerical simulation results of the turbulent model with the experimental data, RNGk- 蔚 turbulence model is selected to calculate the steady and unsteady three-dimensional turbulent flow of the centrifugal pump, and the internal flow characteristics of the high temperature and high pressure centrifugal pump are analyzed. In the calculation of steady turbulent flow, the influence of balance hole on the performance of centrifugal pump is analyzed, and the mechanism of reducing axial water thrust is studied. Under the condition of high temperature and high pressure, the fluid flow mechanism in the bionic honeycomb seal ring between the moving impeller and the stationary guide vane is simulated. On the basis of the three-dimensional unsteady turbulent flow calculation of centrifugal pump, the mechanism of the main pressure pulsation, the propagation law of the pressure pulsation, the position of the pulsating source and the amplitude characteristics of the pressure pulsation under the design condition and the partial flow condition are analyzed in this paper. The influence of the amplitude of pressure pulsation on the safety of pump shell is analyzed by placing measuring points on the shell of high temperature and high pressure centrifugal pump. The results show that the amplitude of pressure pulsation at the measuring point on the wall of pump shell is very small. As a result, the influence on the safety performance of pump case is not obvious. Because the pump case of high temperature and high pressure centrifugal pump is designed as a spherical structure, its hydraulic loss is large. This paper makes a concrete analysis of the hydraulic loss and flow state in the pump shell, and finds that the fluid flow state in the pump shell is very disordered. And there are a large number of vortex, a large part of the fluid flowing out from the guide vane can flow out after several reflux in the pump shell, and near the outlet pipe similar to the tongue, there is a large area in the stationary point, which also caused a large impact loss.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH311
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 张云明;刘法奎;;高压水除鳞系统的改进[J];设备管理与维修;2007年01期
2 朱玉峰;;离心泵叶轮出口直径的精确计算[J];轻工机械;2007年03期
3 高红斌;张汝琦;孙楠;杨了;;相似定律在离心泵设计中的简易应用[J];机械工程与自动化;2010年05期
4 申世才;李华聪;吕伟;陈博;;航空发动机高压离心泵的设计与仿真[J];计算机仿真;2011年01期
5 陈勇军,张克危,孙建平,贾宗谟;专家系统在水泵设计中的应用初探[J];水泵技术;1995年02期
6 袁寿其;曹武陵;;从离心泵设计中考虑可靠性[J];排灌机械;1991年01期
7 何希杰;钟震;;单级离心泵设计规律与趋势[J];排灌机械;1991年02期
8 高忠大;朱玉峰;张平;白海波;;低比转速化工离心泵改进设计[J];轻工机械;2008年03期
9 罗先武;张瑶;彭俊奇;许洪元;;叶轮进口几何参数对离心泵空化性能的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2008年05期
10 吴仁荣;王智磊;;离心泵设计的相似换算和面积比法[J];船舶工程;2009年04期
相关会议论文 前4条
1 王亲猛;;基于VC与CFX的离心泵流场分析系统[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
2 陆伟刚;张金凤;;离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
3 严敬;严利;;对美国最新离心叶轮设计资料的分析与介绍[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
4 刘克伟;贾月梅;赵秋霞;;泵蜗壳的一种实用CFD寻优设计计算方法[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
相关重要报纸文章 前4条
1 记者 冉瑞成 实习生 张灿;我国首台核电上充泵在渝研制成功[N];经济日报;2009年
2 记者 王小妆 根林;核电上充泵成功实现国产化[N];中国经济时报;2009年
3 记者 崔佳;我国首台核电上充泵研制成功[N];人民日报;2009年
4 通讯员万国兴 史鹏飞;华北油田采油四厂——全力提高注水系统效率[N];中国石油报;2010年
相关博士学位论文 前7条
1 王勇;离心泵空化及其诱导振动噪声研究[D];江苏大学;2011年
2 王凯;离心泵多工况水力设计和优化及其应用[D];江苏大学;2011年
3 张翔;不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性与设计方法[D];江苏大学;2011年
4 周卫东;离心式井底增压系统设计与数值模拟研究[D];中国石油大学;2008年
5 张人会;离心泵叶片的参数化设计及其优化研究[D];兰州理工大学;2010年
6 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年
7 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
相关硕士学位论文 前10条
1 沙玉俊;高温高压离心泵三维湍流数值模拟及流动特性研究[D];清华大学;2011年
2 吕秀丽;离心泵内部三维流场数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 王鑫;离心泵关键结构力学分析及改进研究[D];苏州大学;2011年
4 周琦;离心泵内部流动分析与蜗壳优化研究[D];大连理工大学;2012年
5 陈程;离心泵振动特性有限元分析及试验研究[D];武汉理工大学;2012年
6 范贤旗;离心泵内泥沙磨损机理的数值研究[D];西安理工大学;2010年
7 杨倩;基于不同湍流模型的离心泵内部流场数值模拟与分析[D];兰州理工大学;2010年
8 张圣;离心泵参数化设计和分析[D];西华大学;2011年
9 袁亚飞;基于离心泵的水力透平的流场分析及性能预测[D];兰州理工大学;2010年
10 黄俊雄;离心泵流动噪声数值仿真方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2010年
本文编号:2069984
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2069984.html