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

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

船體運動示意圖

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文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狀1.2.1離心泵研究現狀船用核動力裝置中的凝水泵實質為一種離心泵，離心泵的工作原理為通過旋轉部件的旋轉運動帶動流體做離心運動從而獲得動能。法國工程師D.帕潘最先提出離心泵，早在1689年，他自主設計了一款四葉葉輪，是離心泵的雛形。之后他不斷對葉輪進行優(yōu)化改善，1705年他設計出了第一個包含了多個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，瑞士數學家歐拉從理論出發(fā)，對離心泵內部流場特性進行了深入研究，提出了葉片式水利機械的基本方程，為離心泵的研究與設計奠定了理論基矗1818年美國最先開始批量生產離心泵，這種泵帶半開式雙吸葉輪，葉輪的葉片沿葉輪徑向排布，還帶有蝸形壓水室，結構上最接近現代所使用的離心泵，因此1818年被視為離心泵發(fā)展史上的一個轉折點。到了19世紀中后期，出現了多級離心泵，英國科學家J.Tomsom設計出了能提高流體壓力作用的導葉結構，能大大提高離心泵的揚程，提高離心泵的工作效率。由于離心泵的揚程、效率等參數與其進行旋轉運動的轉速有非常重要的關系，因此等到19世紀末高速電動機的出現為離心泵提供了動力，離心泵的優(yōu)勢才更好地展現出來，自此之后，海內外越來越多的科學家考試進行離心泵的研究。國外的學者對離心泵的研究開始側重于理論分析，上世紀90年代，BaskharoneE.A.[6]等進行了離心泵的葉輪前蓋板與流場介質之間的作用力的研究，發(fā)現了此力的方向是沿泵殼向前的。V.S.Lobanoff，TurtonRK[7,8]等則對葉片型線的設計和方程進行了總結和論述。UyRA[9]等對離心泵進出口段間的泄漏產生的內部不穩(wěn)定力進行了研究。之后隨著計算機技術的飛速發(fā)展和CFD

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文9第2章凝水泵計算模型建立及數值方法2.1引言本文以某凝水泵為研究對象，包括葉輪、吸水室、級間過渡段及出口蝸殼。為獲得凝水泵在搖擺條件下汽蝕現象的演化規(guī)律及機理，需要基于Reynolds平均N-S方程求得流場中空泡分布、壓力嘗速度場等，而流體在汽蝕工況下的流動狀態(tài)為復雜的湍流流動，為了準確模擬凝水泵的汽蝕工況需要設置合適的湍流模型、多相流模型和空化模型。本文凝水泵的運動是自轉運動與船體公轉運動的耦合，需要用到UDF定義凝水泵的運動規(guī)律及動網格技術。本章將介紹凝水泵模型建立、網格劃分及數值計算方法，同時介紹空化模擬需要的控制方程、多相流模型、空化模型、網格技術及UDF技術等，為下文的數值模擬做理論準備。2.2凝水泵三維建模2.2.1計算模型建立計算對象為船用凝水泵簡化模型，由兩個導輪、兩級工作輪、吸水室、級間過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，此二級凝水泵布置緊湊，在空間三個方向的尺寸均在半米左右，因此在計算揚程時進出口間的高度水頭過小，可以忽略不計。圖2.1凝水泵簡化模型圖

【參考文獻】：
期刊論文
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[9]核電站離心式上充泵多工況水力設計[J]. 袁壽其,付強,朱榮生.  排灌機械工程學報. 2010(03)
[10]民用船舶的核動力選擇[J]. 孫玉偉,嚴新平.  中國船檢. 2010(04)

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 2019
[2]基于兩相流的多級離心泵汽蝕性能分析[D]. 管俊.華南理工大學 2011



本文編號：3022276