基于热流固耦合的LNG低温潜液泵转子动力学特性研究
发布时间：2020-12-24 04:09
LNG作为一种新型的清洁能源,在世界范围内得到广泛的运用,逐渐成为与石油和煤并驾齐驱的支柱能源之一,在LNG开采与运输过程中,LNG低温潜液泵作为最主要的动力设备,工作温度为-162℃,在低温作用下转子部件将会发生收缩变形,导致泵卡死不能正常运行,所以对泵的转子系统进行动力学特性研究具有十分重要的意义。本文以某一LNG低温潜液泵为研发目标,优化了LNG低温潜液泵叶轮和导叶水力模型,重点研究了泵的转子部件在不同流量和不同温度下的应力分布与热变形,并对转子部件进行强度校核。同时,对泵的转子部件进行干态无预应力、干态有预应力和LNG介质中的模态分析,在模态分析的基础上分析各阶临界转速,预测了泵在运行时发生共振的可能性。最后,以模态分析为基础进行谐响应分析,分析不平衡载荷对位移幅值和加速度幅值的影响,为LNG低温潜液泵的安全可靠运行提供了设计依据和指导。本文的主要研究工作及取得的成果如下:（1）根据设计目标,设计了三种水力模型方案,基于CFD方法预测了泵的外特性及内部流场,优选了第一种水力方案,数值模拟结果表明,在LNG低温潜液泵叶轮出口与导叶相结合处由于受到动静干涉的作用,产生比较大的能量损...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单向流固耦合流程图
fs2.3 流固耦合计算方法ANSYS 主要采用的算法是分离解法，从数据的传递方向上看，可以把流固耦合分为两大类：单向流固耦合分析（one-way coupling）和双向流固耦合分析（two-way coupling）。从流固耦合的松紧程度来看，又可以把流固耦合分为紧耦合和弱耦合两大类，即强耦合和弱耦合。对于单向流固耦合分析而言，流固耦合面上的数据传递是单向的，即把全流场的计算结果加载到结构场上，并把此作为结构场的边界条件对其进行求解，然而并没有相应的数据从结构场传递给流场。也就是说，单向流固耦合只考虑到流场对结构场的影响，从而忽略了结构场对流场的作用。正因为如此，单向流固耦合多运用于流场对结构场影响较大而结构场对流场的影响可以忽略不计的情况。图 2-1 所示为单向流固耦合分析的流程图。
这时就需要运用到动网格技术以达到良好的网格重铸，从而确保计算能够顺利进行。图 2-2 所示为双向流固耦合分析的流程图。所谓强耦合就是将流场和结构场通过单元矩阵直接耦合到控制方程中，并进行直接求解。而弱耦合就是分别对流场和结构场进行求解，通过将前一物理场的计算结果作为后一物理场的边界条件来实现两个场的耦合。由于强耦合过程是直接求解流场和结构场的控制方程，是在同一时间步长内对流场和结构场的控制方程进行直接求解，不存在时间滞后的问题，在计算流体力学领域算是比较先进的理论方法。但是强耦合也有其比较明显的缺陷，由于计算过程的繁杂，在整个计算过程中需要消耗大量的计算机资源，并且计算结果比较难收敛，所以强耦合计算方法在实际的工程应用上并没有得到推广，目前仅仅应用在电磁-结构、热-结构等相对比较简单的问题中。图 2-3 所示即为强耦合分析的流程图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]余热排出泵叶轮流固耦合特性分析[J]. 尹庭赟,裴吉,袁寿其,王文杰. 农业工程学报. 2017(09)
[2]激光介质温度场及应力场的流固耦合数值模拟[J]. 张威,俞路,刘易航,潘娜娜,贾春燕,刘万发,桑凤亭,潘艳秋. 中国激光. 2017(08)
[3]轴流泵转子系统水中模态分析[J]. 陈宇杰,郑源,阚阚,张海胜,徐建叶,陈鹏,陈荣杰. 排灌机械工程学报. 2017(02)
[4]大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态分析[J]. 常浩,刘建瑞,李伟,武永生,高振军,汤富俊. 排灌机械工程学报. 2016(12)
[5]悬臂式离心泵流固耦合特性研究[J]. 牟介刚,陈莹,谷云庆,郑水华,钱亨. 哈尔滨工程大学学报. 2016(08)
[6]预应力下矿用抢险排水泵转子部件湿模态计算[J]. 曹卫东,刘冰,张忆宁,刘光辉. 排灌机械工程学报. 2016(06)
[7]基于热流固耦合过程的液力缓速器叶片强度分析[J]. 袁哲,徐东,刘春宝,李雪松,李世超. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[8]余热排出泵水中模态分析[J]. 刘建瑞,陈斌,张金凤,骆寅,汤富俊. 排灌机械工程学报. 2015(04)
[9]高温高压对冶金用热水循环泵结构强度的影响[J]. 董亮,白羽,刘厚林,刘永付. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]基于流固耦合的混流式水轮机转轮强度分析[J]. 阚阚,郑源,赵连辉,乔木,张策,尉青连. 水电站机电技术. 2015(02)
博士论文
[1]多级离心泵转子耦合系统动力学特性研究[D]. 周文杰.浙江大学 2016
[2]离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D]. 裴吉.江苏大学 2013
硕士论文
[1]基于热—流—固耦合高温热水循环泵结构强度的研究[D]. 晁长青.江苏大学 2017
[2]反渗透海水淡化高压泵转子动力学特性分析及计算[D]. 胡倩澜.江苏大学 2017
[3]高压涡轮气冷叶片的热流固耦合数值研究[D]. 王瑛琦.中国民航大学 2017
[4]悬臂式多级离心泵间隙流及其动力特性研究[D]. 吴家辉.江苏大学 2017
[5]基于流固耦合的喷水推进泵小流量区的动态特性研究分析[D]. 张琳.江苏大学 2016
[6]悬臂式多级离心泵转子动力学特性研究[D]. 冯琦.江苏大学 2016
[7]高温熔盐泵设计及可靠性分析[D]. 郭豹.江苏大学 2016
[8]基于流固耦合方法的发动机排气歧管结构优化[D]. 宋春晖.华中科技大学 2015
[9]双向泵叶片应力与模态分析[D]. 齐立龙.扬州大学 2015
[10]核主泵叶轮干湿模态的实验探究[D]. 孔铭.大连理工大学 2014
本文编号：2934952
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单向流固耦合流程图
fs2.3 流固耦合计算方法ANSYS 主要采用的算法是分离解法，从数据的传递方向上看，可以把流固耦合分为两大类：单向流固耦合分析（one-way coupling）和双向流固耦合分析（two-way coupling）。从流固耦合的松紧程度来看，又可以把流固耦合分为紧耦合和弱耦合两大类，即强耦合和弱耦合。对于单向流固耦合分析而言，流固耦合面上的数据传递是单向的，即把全流场的计算结果加载到结构场上，并把此作为结构场的边界条件对其进行求解，然而并没有相应的数据从结构场传递给流场。也就是说，单向流固耦合只考虑到流场对结构场的影响，从而忽略了结构场对流场的作用。正因为如此，单向流固耦合多运用于流场对结构场影响较大而结构场对流场的影响可以忽略不计的情况。图 2-1 所示为单向流固耦合分析的流程图。
这时就需要运用到动网格技术以达到良好的网格重铸，从而确保计算能够顺利进行。图 2-2 所示为双向流固耦合分析的流程图。所谓强耦合就是将流场和结构场通过单元矩阵直接耦合到控制方程中，并进行直接求解。而弱耦合就是分别对流场和结构场进行求解，通过将前一物理场的计算结果作为后一物理场的边界条件来实现两个场的耦合。由于强耦合过程是直接求解流场和结构场的控制方程，是在同一时间步长内对流场和结构场的控制方程进行直接求解，不存在时间滞后的问题，在计算流体力学领域算是比较先进的理论方法。但是强耦合也有其比较明显的缺陷，由于计算过程的繁杂，在整个计算过程中需要消耗大量的计算机资源，并且计算结果比较难收敛，所以强耦合计算方法在实际的工程应用上并没有得到推广，目前仅仅应用在电磁-结构、热-结构等相对比较简单的问题中。图 2-3 所示即为强耦合分析的流程图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]余热排出泵叶轮流固耦合特性分析[J]. 尹庭赟,裴吉,袁寿其,王文杰. 农业工程学报. 2017(09)
[2]激光介质温度场及应力场的流固耦合数值模拟[J]. 张威,俞路,刘易航,潘娜娜,贾春燕,刘万发,桑凤亭,潘艳秋. 中国激光. 2017(08)
[3]轴流泵转子系统水中模态分析[J]. 陈宇杰,郑源,阚阚,张海胜,徐建叶,陈鹏,陈荣杰. 排灌机械工程学报. 2017(02)
[4]大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态分析[J]. 常浩,刘建瑞,李伟,武永生,高振军,汤富俊. 排灌机械工程学报. 2016(12)
[5]悬臂式离心泵流固耦合特性研究[J]. 牟介刚,陈莹,谷云庆,郑水华,钱亨. 哈尔滨工程大学学报. 2016(08)
[6]预应力下矿用抢险排水泵转子部件湿模态计算[J]. 曹卫东,刘冰,张忆宁,刘光辉. 排灌机械工程学报. 2016(06)
[7]基于热流固耦合过程的液力缓速器叶片强度分析[J]. 袁哲,徐东,刘春宝,李雪松,李世超. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[8]余热排出泵水中模态分析[J]. 刘建瑞,陈斌,张金凤,骆寅,汤富俊. 排灌机械工程学报. 2015(04)
[9]高温高压对冶金用热水循环泵结构强度的影响[J]. 董亮,白羽,刘厚林,刘永付. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]基于流固耦合的混流式水轮机转轮强度分析[J]. 阚阚,郑源,赵连辉,乔木,张策,尉青连. 水电站机电技术. 2015(02)
博士论文
[1]多级离心泵转子耦合系统动力学特性研究[D]. 周文杰.浙江大学 2016
[2]离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D]. 裴吉.江苏大学 2013
硕士论文
[1]基于热—流—固耦合高温热水循环泵结构强度的研究[D]. 晁长青.江苏大学 2017
[2]反渗透海水淡化高压泵转子动力学特性分析及计算[D]. 胡倩澜.江苏大学 2017
[3]高压涡轮气冷叶片的热流固耦合数值研究[D]. 王瑛琦.中国民航大学 2017
[4]悬臂式多级离心泵间隙流及其动力特性研究[D]. 吴家辉.江苏大学 2017
[5]基于流固耦合的喷水推进泵小流量区的动态特性研究分析[D]. 张琳.江苏大学 2016
[6]悬臂式多级离心泵转子动力学特性研究[D]. 冯琦.江苏大学 2016
[7]高温熔盐泵设计及可靠性分析[D]. 郭豹.江苏大学 2016
[8]基于流固耦合方法的发动机排气歧管结构优化[D]. 宋春晖.华中科技大学 2015
[9]双向泵叶片应力与模态分析[D]. 齐立龙.扬州大学 2015
[10]核主泵叶轮干湿模态的实验探究[D]. 孔铭.大连理工大学 2014
本文编号：2934952
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