船用核動(dòng)力裝置具有續(xù)航能力強(qiáng)、不依賴氧氣、功率大、運(yùn)行穩(wěn)定、易于控制等優(yōu)點(diǎn),在軍用和民用上都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。凝水泵作為船用核動(dòng)力裝置二回路中提供冷凝水的重要部分,對(duì)船用核動(dòng)力裝置的安全運(yùn)行有著非常重要的作用。由于船用核動(dòng)力裝置受空間布置限制,凝水系統(tǒng)灌注高度小,除氧后的凝水過(guò)冷度很低,處于飽和狀態(tài),凝水泵在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生汽蝕。再加上船體運(yùn)行中會(huì)受到海洋波浪的影響,凝水泵會(huì)隨船體的橫搖、縱傾運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致共用冷凝器液位大幅晃蕩,進(jìn)而可能誘發(fā)凝水泵發(fā)生汽蝕,影響船用核動(dòng)力裝置的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)搖擺條件下凝水泵運(yùn)行特性進(jìn)行分析,考核凝水泵設(shè)計(jì)是否滿足惡劣工況下的抗汽蝕性能要求,對(duì)船用核動(dòng)力裝置的安全運(yùn)行有著重要的意義。本文以凝水泵為研究對(duì)象,運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的方法,研究橫搖周期3s,幅值為45?工況下的凝水泵空化性能、空化流動(dòng)特點(diǎn),分析惡劣環(huán)境下凝水泵內(nèi)部流場(chǎng)及汽蝕現(xiàn)象演化特性。進(jìn)行了無(wú)搖擺凝水泵空化三維數(shù)值仿真計(jì)算,對(duì)比實(shí)驗(yàn)值得到本文適用的空化模型Zwart-Gerber-Belamri空化模型,并分析了無(wú)搖擺條件下凝水泵內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)。對(duì)凝水泵進(jìn)行橫搖周期為3s,幅值為45?的搖擺工... 

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船體運(yùn)動(dòng)示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3圖1.2汽蝕損壞的葉輪[1]1.2離心泵及離心泵空化研究現(xiàn)狀1.2.1離心泵研究現(xiàn)狀船用核動(dòng)力裝置中的凝水泵實(shí)質(zhì)為一種離心泵，離心泵的工作原理為通過(guò)旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)流體做離心運(yùn)動(dòng)從而獲得動(dòng)能。法國(guó)工程師D.帕潘最先提出離心泵，早在1689年，他自主設(shè)計(jì)了一款四葉葉輪，是離心泵的雛形。之后他不斷對(duì)葉輪進(jìn)行優(yōu)化改善，1705年他設(shè)計(jì)出了第一個(gè)包含了多個(gè)葉片的葉輪和蝸形壓水室的泵，是真正意義上的離心泵。1754年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉從理論出發(fā)，對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)特性進(jìn)行了深入研究，提出了葉片式水利機(jī)械的基本方程，為離心泵的研究與設(shè)計(jì)奠定了理論基矗1818年美國(guó)最先開(kāi)始批量生產(chǎn)離心泵，這種泵帶半開(kāi)式雙吸葉輪，葉輪的葉片沿葉輪徑向排布，還帶有蝸形壓水室，結(jié)構(gòu)上最接近現(xiàn)代所使用的離心泵，因此1818年被視為離心泵發(fā)展史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。到了19世紀(jì)中后期，出現(xiàn)了多級(jí)離心泵，英國(guó)科學(xué)家J.Tomsom設(shè)計(jì)出了能提高流體壓力作用的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，能大大提高離心泵的揚(yáng)程，提高離心泵的工作效率。由于離心泵的揚(yáng)程、效率等參數(shù)與其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速有非常重要的關(guān)系，因此等到19世紀(jì)末高速電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)為離心泵提供了動(dòng)力，離心泵的優(yōu)勢(shì)才更好地展現(xiàn)出來(lái)，自此之后，海內(nèi)外越來(lái)越多的科學(xué)家考試進(jìn)行離心泵的研究。國(guó)外的學(xué)者對(duì)離心泵的研究開(kāi)始側(cè)重于理論分析，上世紀(jì)90年代，BaskharoneE.A.[6]等進(jìn)行了離心泵的葉輪前蓋板與流場(chǎng)介質(zhì)之間的作用力的研究，發(fā)現(xiàn)了此力的方向是沿泵殼向前的。V.S.Lobanoff，TurtonRK[7,8]等則對(duì)葉片型線的設(shè)計(jì)和方程進(jìn)行了總結(jié)和論述。UyRA[9]等對(duì)離心泵進(jìn)出口段間的泄漏產(chǎn)生的內(nèi)部不穩(wěn)定力進(jìn)行了研究。之后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和CFD

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文9第2章凝水泵計(jì)算模型建立及數(shù)值方法2.1引言本文以某凝水泵為研究對(duì)象，包括葉輪、吸水室、級(jí)間過(guò)渡段及出口蝸殼。為獲得凝水泵在搖擺條件下汽蝕現(xiàn)象的演化規(guī)律及機(jī)理，需要基于Reynolds平均N-S方程求得流場(chǎng)中空泡分布、壓力嘗速度場(chǎng)等，而流體在汽蝕工況下的流動(dòng)狀態(tài)為復(fù)雜的湍流流動(dòng)，為了準(zhǔn)確模擬凝水泵的汽蝕工況需要設(shè)置合適的湍流模型、多相流模型和空化模型。本文凝水泵的運(yùn)動(dòng)是自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與船體公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合，需要用到UDF定義凝水泵的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)。本章將介紹凝水泵模型建立、網(wǎng)格劃分及數(shù)值計(jì)算方法，同時(shí)介紹空化模擬需要的控制方程、多相流模型、空化模型、網(wǎng)格技術(shù)及UDF技術(shù)等，為下文的數(shù)值模擬做理論準(zhǔn)備。2.2凝水泵三維建模2.2.1計(jì)算模型建立計(jì)算對(duì)象為船用凝水泵簡(jiǎn)化模型，由兩個(gè)導(dǎo)輪、兩級(jí)工作輪、吸水室、級(jí)間過(guò)渡段及出口蝸殼組成，其主要幾何尺寸如下圖2.1所示。入口半徑是0.1m，出口半徑為0.0625m，此二級(jí)凝水泵布置緊湊，在空間三個(gè)方向的尺寸均在半米左右，因此在計(jì)算揚(yáng)程時(shí)進(jìn)出口間的高度水頭過(guò)小，可以忽略不計(jì)。圖2.1凝水泵簡(jiǎn)化模型圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于葉片入口形狀控制的離心泵汽蝕性能優(yōu)化研究[D]. 張瀟飛.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]基于兩相流的多級(jí)離心泵汽蝕性能分析[D]. 管俊.華南理工大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3022276