LNG低温潜液泵诱导轮优化设计及空化特性实验研究

发布时间：2021-01-15 04:25

　　自“十二五”以来,深海天然气田开发受到国家重视,天然气在世界能源消耗中的占比逐渐上升,成为三大化石燃料之一。液化天然气是世界公认的清洁能源,具有节能、环保、可靠和经济效益高等优点。LNG潜液泵是海洋工程装备中最核心的动力装备,决定了液化天然气的稳定生产与安全运行。上世纪60年代,潜液泵技术开始运用于液化天然气领域,与电机外置式的泵相比,潜液泵的设计更加安全。此外,由于全部组件都是浸没在液体中的,能够达到很好的隔音效果,潜液泵的工作噪声非常小。由于上述诸多结构优点,潜液泵已被应用于几乎所有的LNG接收终端。液化天然气的输送流程中,LNG潜液泵输送的液态天然气温度通常在-163^-120℃。由于泵机组长期在深冷工况运行,潜液泵内极易出现汽蚀现象,这对潜液泵的空化性能提出了较高的要求。为了提高潜液泵抗汽蚀性能,在潜液泵首级叶轮前添加诱导轮是主要方法之一。本文以三维翼型和LNG低温潜液泵诱导轮模型为研究对象,通过理论分析、数值模拟、外特性实验和高速摄影实验对空化流动机理进行了较为系统的研究,本文主要研究内容如下:（1）针对三种常用湍流模型（k-ε、RNG k-ε以及SST ... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 低温空化研究现状
        1.2.2 诱导轮研究现状
    1.3 本文研究主要内容
第二章 空化数值模拟的湍流模型修正与验证
    2.1 概述
    2.2 基本控制方程
    2.3 湍流模型
        2.3.1 k-ε湍流模型
        2.3.2 RNG k-ε湍流模型
        2.3.3 SST k-ω湍流模型
    2.4 湍流模型修正
    2.5 NACA0015 翼型数值研究
        2.5.1 NACA0015 翼型几何模型
        2.5.2 网格划分
        2.5.3 边界条件
        2.5.4 网格无关性计算
        2.5.5 25 ℃时不同湍流模型对NACA0015 翼型空化模拟影响研究
        2.5.6 50 ℃时不同湍流模型对NACA0015 翼型空化模拟影响研究
        2.5.7 70 ℃时不同湍流模型对NACA0015 翼型空化模拟影响研究
        2.5.8 不同温度下修正的RNG k-ε模型对NACA0015 翼型空化模拟影响研究
    2.6 本章小节
第三章 考虑热效应的空化模型修正与优化
    3.1 概述
    3.2 空化模型
        3.2.1 Schnerr-Sauer空化模型
        3.2.2 Merkle空化模型
        3.2.3 Kubota空化模型
    3.3 低温空化数值计算研究
        3.3.1 Hord翼型三维模型
        3.3.2 翼型网格划分
        3.3.3 边界条件设置
        3.3.4 网格无关性验证
        3.3.5 不同空化模型绕Hord翼型空化数值模拟
    3.4 Merkle模型的优化研究
        3.4.1 优化流程
        3.4.2 最优拉丁超立方试验设计
        3.4.3 径向基神经网络模型
        3.4.4 多岛遗传算法
    3.5 Merkle模型的修正研究
        3.5.1 空化模型修正
        3.5.2 修正前后空化模型绕Hord翼型空化数值模拟
    3.6 本章小节
第四章 低温潜液泵诱导轮优化研究
    4.1 概述
    4.2 诱导轮空化数值计算研究
        4.2.1 诱导轮三维模型
        4.2.2 诱导轮网格划分
        4.2.3 边界条件设置
        4.2.4 网格无关性验证
        4.2.5 不同介质下诱导轮空化性能研究
    4.3 诱导轮优化研究
        4.3.1 近似模型建立
        4.3.2 近似模型灵敏性分析
        4.3.3 优化过程与结果分析
    4.4 优化的诱导轮数值计算研究
        4.4.1 介质为常温水的数值计算
        4.4.2 介质为液化天然气的数值计算
    4.5 本章小节
第五章 潜液泵空化模拟与实验研究
    5.1 概述
    5.2 潜液泵物理模型与计算
        5.2.1 潜液泵结构
        5.2.2 潜液泵网格划分
        5.2.3 边界条件设置
        5.2.4 潜液泵网格无关性验证
    5.3 潜液泵外特性实验研究
        5.3.1 潜液泵外特性实验装置
        5.3.2 潜液泵外特性实验结果
        5.3.3 潜液泵汽蚀实验结果
    5.4 潜液泵高速摄影实验研究
        5.4.1 潜液泵高速摄影实验装置
        5.4.2 标准工况下潜液泵诱导轮空化特性
        5.4.3 不同工况下潜液泵诱导轮空化特性
    5.5 潜液泵空化特性研究
        5.5.1 介质为常温水的数值计算
        5.5.2 介质为液化天然气的数值计算
    5.6 本章小节
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士发表的学术论文及参加的科研工作
    一、发表的学术论文
    二、参与的科研工作


【参考文献】：
期刊论文
[1]LNG低温潜液泵测试平台配置及控制系统研究[J]. 黄军,陈斌,黄相迪.  石油化工设备技术. 2018(02)
[2]变螺距诱导轮对高速离心泵空化性能的影响[J]. 孙强强,蒋劲,张帅帅,陈奇.  排灌机械工程学报. 2017(10)
[3]LNG低温潜液泵诱导轮水力设计及数值模拟[J]. 邰晓亮,陈杰,盖小刚.  制冷技术. 2016(06)
[4]带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能[J]. 李欣,李家文,王珏,刘中祥.  北京航空航天大学学报. 2016(12)
[5]高速离心泵诱导轮与离心轮的匹配[J]. 王文廷,陈晖,李永鹏,杜玉洁.  排灌机械工程学报. 2015(04)
[6]我国LNG低温潜液泵现状及国产化情况分析[J]. 江海斌,万学丽,景宏亮.  通用机械. 2014(11)
[7]诱导轮内部液氢空化流动特性[J]. 王小波,王国玉,时素果,吴钦.  排灌机械工程学报. 2013(07)
[8]热力学效应对非定常空化流动结构影响的实验研究[J]. 时素果,王国玉,陈广豪,张敏弟.  船舶力学. 2013(04)
[9]FBM湍流模型在非定常通气超空化流动计算中的评价与应用[J]. 时素果,王国玉,余志毅,张敏弟.  船舶力学. 2012(10)
[10]LNG低温潜液泵结构及设计分析[J]. 罗资琴,任永平,陈叔平,冯琛然,葛娟.  低温与超导. 2012(07)

博士论文
[1]涡轮泵及诱导轮流动不稳定性及空化特性研究[D]. 付燕霞.江苏大学 2014
[2]高速诱导轮离心泵抗汽蚀特性的数值计算与实验研究[D]. 郭晓梅.浙江理工大学 2013

硕士论文
[1]低温流体汽蚀的CFD模拟及实验研究[D]. 曹潇丽.浙江大学 2011



本文编号：2978223