基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究

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1、硕士学位论文基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究RESEARCHONFLUID-THERMALCOUPLINGPERFORMANCEOFMECHANICALSEALINREACTORCOOLANTPUMPBASEDONOPENFOAM宋奎龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH117.2学校代码：10213国际图书分类号：621.8密级：公开工程硕士学位论文基于OpenFOAM的核主泵机械密封流热耦合性能研究硕士研究生：宋奎龙导师：严利明副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH117.2U.D.C:621.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONFLUID-THERMALCOUPLINGPERFORMANCEOFMECHANICALSEALINREACTORCOOLANTPUMPBASEDONOPENFOAMCandidate：SongKuilongSupervisor：AssociateProf.YanLimingAcademicDegreeAppliedfor：Maste

3、rofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringSchoolofEnergyScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要机械密封是核主泵的主要部件，为了给核主泵用机械密封的设计优化提供理论依据，本课题研究了锥度端面机械密封和波度端面机械密封的密封性能。核主泵用机械密封在运行时，密封环间隙内会存在着

4、微米级的液膜，分别建立了锥度端面机械密封和波度端面机械的液膜模型。以能更精确描述流场的Navier-Stokes方程、含粘性耗散项的能量方程和连续性方程为控制方程，基于OpenFOAM编译了自定义的流热单向耦合求解器，求解液膜模型的压力场和温度场。研究了两种机械密封结构参数的改变对密封性能的影响，得出了密封性能随结构参数改变的变化规律，分析了结构参数的改变对液膜内温度场的影响，计算了液膜内的最大温差，发现粘性剪切摩擦热引起的液膜内的温度变化是不能忽略的。在流热单向耦合研究的基础上，考虑粘温效应，编译了流热耦合求解器和相应的粘度模型，研究粘温效

5、应对锥度端面机械密封和波度端面机械密封的密封性能的影响，分析了随着结构参数的变化，粘温效应对密封性能参数相对变化率的影响，发现粘温效应对密封性能的影响是不能忽略的。根据结构参数对密封性能的影响规律，以及在粘温效影响下的密封性能变化规律，综合考量泄漏量的控制、密封的承载能力和密封的运行稳定性，提出了在设计核主泵用机械密封时，锥度端面机械密封和波度端面机械密封的最佳结构参数的范围。关键词：核主泵；锥度端面机械密封；波度端面机械密封；粘温效应；OpenFOAM；流热耦合-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractMechanicalseal

6、isthemaincomponentofreactorcoolantpump.Inordertoprovidetheoreticalbasisforthedesignandoptimizationofthemechanicalsealforthenuclearmainpump,thesealperformanceoftaperendfacemechanicalsealandwave-tilt-dammechanicalsealisstudied.Whenthemechanicalsealofthenuclearmainpumpisrunnin

7、g,therewillbeamicronlevelliquidfilminthegapofthesealingring.Theliquidfilmmodeloftaperendfacemechanicalsealandwave-tilt-dammechanismsealwereestablishedrespectively.ThecontrolequationareNavier-Stokesequationthatcouldaccuratelydescribetheflowfield,theenergyequationwithviscousd

8、issipationtermsandcontinuityequation.CompileaunidirectionalcouplingThermal-Fluidso