热能发生器汽蚀性能研究及热流固耦合分析

发布时间：2017-04-09 06:02

  本文关键词：热能发生器汽蚀性能研究及热流固耦合分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国石油工业的发展,对液氮泵车的需求量急剧增加。以往该技术领域完全被国外大公司和专业公司掌控、垄断,其关键设备国内主要依靠进口,因此研发具有完全自主知识产权的液氮泵车产品,对实现液氮泵车产品的高度国产化具有重要意义。热能发生器是热回收式液氮泵车上的关键设备,其性能的好坏直接影响液氮泵车的使用,所以对热能发生器性能的研究是研制出性能良好的热回收式液氮泵车的技术关键。在油田现场,现有热能发生器寿命短、定子和转子叶片容易产生失效。为提高热能发生器的性能及使用寿命,本文从理论研究、数值模拟、实验分析等方面入手,考虑热能发生器的制造材料和结构因素,对热能发生器的汽蚀性能和热流固耦合性能进行了较为系统的研究。具体的分析过程和研究方法如下：(1)通过广泛调研国内外文献资料,深入分析油田现场热能发生器的使用情况,找到热能发生器的失效部位。将仿真分析得到汽蚀产生的结果与现场失效情况进行对比分析,找到引起热能发生器失效的主要因素。(2)在工作转速下,对热能发生器不同结构模型(不同叶片倾角、不同叶片数、不同叶片厚度、不同轴向间隙、不同涡坑深度)进行单相流动的数值计算,得到热能发生器内部压力分布,确定非汽蚀情况下热能发生器内部流动情况。(3)根据气液两相流的运动规律,对不同结构下的热能发生器进行旋转空化流动的数值计算,得到气泡体积分数分布情况,揭示热能发生器内部汽蚀现象。(4)通过实验测定四种材料的汽蚀速率,进而得到四种材料加工成热能发生器所使用的费用及失效时间。从汽蚀程度和经济情况出发,选择出一种适宜的制造材料。(5)通过不同材料的安全裕度分析,结合实验研究进一步选择出一种最佳的加工材料。对不同结构的热能发生器模型进行热流固耦合分析,选择出满足强度要求的结构。根据组合优化分析,得到最优的热能发生器组合结构参数。
【关键词】：热能发生器 失效分析 汽蚀 热流固耦合 组合优化
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE934.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 问题提出8-11
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 热能发生器结构及工作原理9-10
• 1.1.3 热能发生器现场失效分析及本文研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 热能发生器的研究现状11-12
• 1.2.2 汽蚀研究现状12-13
• 1.2.3 材料汽蚀特性的研究现状13-14
• 1.2.4 热流固耦合分析研究现状14-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 1.3.1 研究思路15-16
• 1.3.2 研究内容16
• 1.3.3 论文创新点16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 汽蚀及热流固耦合研究理论17-25
• 2.1 汽蚀性能研究理论17-23
• 2.1.1 动静区域计算方法17-18
• 2.1.2 两相流控制方程18
• 2.1.3 汽蚀模型18-19
• 2.1.4 湍流模型19-23
• 2.1.5 汽蚀性能预估23
• 2.1.6 能量性能预估23
• 2.2 热流固耦合研究理论23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 有限元模型25-32
• 3.1 三维实体模型及流域模型的创建25-26
• 3.2 网格检测26-28
• 3.3 网格划分及边界条件的设置28
• 3.4 湍流模型的选择28-31
• 3.5 计算结果与现场失效情况的比较(可靠性验证)31
• 3.6 本章小结31-32
• 第4章 非汽蚀状态下的单相流动数值计算32-45
• 4.1 不同叶片倾角对内部流动特性的影响32-36
• 4.2 不同叶片数量对内部流动特性的影响36-38
• 4.3 不同叶片厚度对内部流动特性的影响38-40
• 4.4 不同轴向间隙对内部流动特性的影响40-42
• 4.5 不同涡坑深度对内部流动特性的影响42-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 汽蚀状态下旋转空化流动的数值计算45-61
• 5.1 不同叶片倾角对内部空化流动特性的影响45-51
• 5.2 不同叶片数量对内部空化流动特性的影响51-53
• 5.3 不同叶片厚度对内部空化流动特性的影响53-55
• 5.4 不同轴向间隙对内部空化流动特性的影响55-57
• 5.5 不同涡坑深度对内部空化流动特性的影响57-59
• 5.6 本章小结59-61
• 第6章 不同材料汽蚀性能实验研究61-72
• 6.1 实验目的及意义61-62
• 6.2 实验设计及实验设备62-63
• 6.2.1 实验原理62
• 6.2.2 实验条件62
• 6.2.3 实验中使用设备及仪器62-63
• 6.3 实验前的材料情况63-64
• 6.4 实验步骤64
• 6.5 实验结果与分析64-70
• 6.5.1 实验过程试件表面对比64-65
• 6.5.2 实验前后显微镜观察材料表面形貌对比65-68
• 6.5.3 四种材料汽蚀速率的测定68-70
• 6.6 热能发生器制造材料的优选70-71
• 6.7 本章小结71-72
• 第7章 热流固耦合分析及结构的组合优选72-95
• 7.1 有限元模型72-74
• 7.1.1 分析思路72-73
• 7.1.2 模型及网格划分73
• 7.1.3 载荷与边界条件73-74
• 7.2 不同材质的安全裕度分析74-78
• 7.3 不同结构下的热流固耦合计算结果与分析78-89
• 7.3.1 温度场分析78-82
• 7.3.2 热应力分析82-86
• 7.3.3 变形分析86-89
• 7.4 结构的组合优选分析89-94
• 7.4.1 汽蚀性能分析90-93
• 7.4.2 热流固耦合分析93-94
• 7.5 本章小结94-95
• 第8章 总结与展望95-97
• 8.1 结论95-96
• 8.2 展望与建议96-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-103
• 攻读硕士学位期间参与科研项目及发表论文情况103

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱玉峰;离心泵中的汽蚀及其防护技术[J];河北科技大学学报;2004年03期

2 董金华,朱玉峰;离心泵的汽蚀防护技术及其进展[J];轻工机械;2004年04期

3 向红亮;刘东;黄利光;;磨盘材料耐汽蚀性研究[J];中国造纸学报;2008年03期

4 卢忠智;;非金属化学涂层抗汽蚀性能的探讨[J];机械;1980年12期

5 李子全,朱平顺,郝远,张国祥,陈秉二;铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素[J];甘肃工业大学学报;1990年04期

6 李子全,郝远,许广济,朱平顺;球墨铸铁的汽蚀特性研究[J];甘肃工业大学学报;1992年02期

7 陈茂庆;液体粘性对离心泵抗汽蚀性能的影响[J];石油机械;1995年05期

8 王朝晖,石永春,李元生;如何提高泵的抗汽蚀性能[J];石油商技;1998年06期

9 阎殿甲;提高超低转速部分流离心泵汽蚀性能的试验研究[J];导弹与航天运载技术;2001年06期

10 李志华,熊其兴;材料的抗磨损与抗汽蚀性能试验研究[J];铸造技术;2001年06期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 吴昱;朱祖超;;利用引射结构提高离心泵的汽蚀性能[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集（第三卷）[C];2002年

2 马黎军;;水泵汽蚀机理的研讨与治理[A];全国建筑给水排水青年学术论文选[C];1996年

3 杜同;;水轮机水泵快速破坏原因的研究含砂水中汽蚀和磨损的规律[A];第二次全国摩擦磨损润滑学术会议论文集[C];1979年

4 孙敏;葛鑫;李娟娟;王小文;;关于改善低速大流量给水泵汽蚀性能的若干实践[A];第十届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2013年

5 朱晓斌;;水力机组过流部件抗磨损、汽蚀技术研究[A];全国大中型水电厂技术协作网技术交流文集（十三）水电厂改造专集[C];2010年

6 徐良玉;张帆;;增容改造前后三类转轮汽蚀性能的分析比较[A];全国大中型水电厂技术协作网第十届(2013年)年会论文集[C];2013年

7 许武;;液环式真空泵转子防汽蚀处理措施分析与探讨[A];全国火电600MWe级机组能效对标及竞赛第十四届年会论文集[C];2010年

8 任晓峰;刘建瑞;李文科;文杰;;低汽蚀屏蔽泵的研究与展望[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

9 经乾良;;水轮机常用钢种的抗汽蚀性能[A];天津市电机工程学会2012年学术年会论文集[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 谈寅武;基于CFD流场分析的塑料离心泵的汽蚀性能优化研究[D];安徽工程大学;2015年

2 张凯;多级离心泵的优化设计及汽蚀性能研究[D];华中科技大学;2014年

3 杨琪;热能发生器汽蚀性能研究及热流固耦合分析[D];西南石油大学;2016年

4 黄超;带引射装置切线泵的汽蚀性能数值研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 车琴琴;离心泵汽蚀性能自动测试系统的研究[D];兰州理工大学;2008年

6 吴昱;引射离心泵的理论分析与试验研究[D];浙江大学;2003年

7 林玲;新型高汽蚀性能离心泵吸水室研究[D];浙江工业大学;2013年

8 宋杨;多级离心式森林消防泵的抗汽蚀性能研究[D];北京林业大学;2012年

9 傅宇;30万吨/年合成氨装置凉水塔用循环水泵汽蚀性能研究及应用[D];四川大学;2003年

10 曹正黄;WC-12Co粉末结构特性对其超音速火焰喷涂层抗汽蚀性能的影响[D];武汉理工大学;2008年

  本文关键词：热能发生器汽蚀性能研究及热流固耦合分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：294583