熱水循環(huán)泵熱—結(jié)構(gòu)耦合及機械密封腔強化傳熱的研究.pdf

1、熱水循環(huán)泵廣泛應(yīng)用于石油化工、電力行業(yè)以及日常生活中，一般輸送介質(zhì)溫度高于室溫。在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)泵體結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、機械密封泄漏，軸承卡死、失效等問題，影響泵運行的穩(wěn)定性和可靠性，從而影響整臺機組的工作效率。由于熱水循環(huán)泵在運行過程中介質(zhì)溫度對泵殼強度、機械密封和軸承腔散熱效果均有很大的影響，本文利用數(shù)值計算的方法對熱水循環(huán)泵進行熱-結(jié)構(gòu)強度和機械密封強化傳熱的研究，目的是提高該泵的可靠性和穩(wěn)定性，并為其結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計提供理論依據(jù)。主

2、要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點有:
　　(1)將熱水循環(huán)泵機械密封熱平衡方程理論計算得到的對流換熱系數(shù)值，作為該泵機械密封環(huán)穩(wěn)態(tài)溫度場計算的熱邊界條件，在此基礎(chǔ)上利用ANSYS-Workbench軟件對其溫度場計算，并結(jié)合折半查找法確定機械密封動靜環(huán)端面摩擦熱量的分配。
　　(2)利用CFX對熱水循環(huán)泵全流場流體域進行流熱耦合計算，將機械密封動靜環(huán)端面摩擦熱量和輸送介質(zhì)溫度作為流熱耦合計算的熱邊界條件。計算并分析了額定工況下，介質(zhì)溫度對

3、熱水循環(huán)泵外特性、流體域溫度場、絕對壓力和機械密封腔熱流密度的影響。同時也對相同介質(zhì)溫度情況下，流量大小對其流熱耦合結(jié)果的影響進行了計算。結(jié)果表明:熱水循環(huán)泵流體域溫度最高值出現(xiàn)在機械密封摩擦端面處，介質(zhì)濕度對泵的揚程和水力效率有一定的影響，在高溫泵水力設(shè)計過程中要考慮介質(zhì)溫度對其水力性能的影響。
　　(3)在Thermal-Stress模塊中，將流體域流熱耦合計算得到的壓力場和溫度場數(shù)據(jù)耦合到泵殼固體域相應(yīng)位置中，對額定運行工況

4、下介質(zhì)溫度不同時熱水循環(huán)泵泵殼固體域進行熱-結(jié)構(gòu)耦合求解，同時也對相同介質(zhì)溫度情況下熱水循環(huán)泵不同運行工況下的泵殼固體域進行相關(guān)求解，分析了介質(zhì)溫度和流量大小對泵殼應(yīng)力應(yīng)變靜力學(xué)的影響，并確定了應(yīng)力集中危險區(qū)出現(xiàn)的介質(zhì)溫度值。結(jié)果表明:溫度載荷作用下泵殼的應(yīng)力應(yīng)變值和所有載荷綜合作用值相差不大，在進行泵結(jié)構(gòu)強度分析過程中不可忽略高溫介質(zhì)對其結(jié)構(gòu)強度的影響。
　　(4)從強化傳熱和場協(xié)同的角度，探究了熱水循環(huán)泵機械密封腔結(jié)構(gòu)形狀對密

5、封腔內(nèi)部的速度、溫度分布以及速度場和熱流場的影響。對原模型和四種不同方案的熱水循環(huán)泵全流場流體域進行了流熱耦合計算，沿機械密封環(huán)水體域軸向建立垂直于軸向的五個不同平面，并分別對不同模型方案情況下機械密封環(huán)五個不同軸面處的速度、溫度和協(xié)同角進行了對比分析。結(jié)果表明:凸臺型機械密封腔結(jié)構(gòu)泵的水力效率和揚程高，擾流筋板數(shù)的增加能夠增強換熱，但相應(yīng)泵的水力效率和揚程均較低。
　　(5)利用ANSYS-Workbench軟件中Steady-