热水循环泵热—结构耦合及机械密封腔强化传热的研究.pdf

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1、热水循环泵热一结构耦合及机械密封腔强化传热的研究Researchonthethermal--structurecouplingandheattransferenhancementinmechanicalsealchamberofhotwatercirculationpump2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的

2、个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学雠文作者虢髓劫件年多月『7白学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版1电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公

3、布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密学位敝作者签名．很键功忤年／月f7曰指导教师签名：讲r如竹年6只·7日江苏大学硕士学位论文摘要热水循环泵广泛应用于石油化工、电力行业以及日常生活中，一般输送介质温度高于室温。在使用过程中经常出现泵体结构应力集中、机械密封泄漏，轴承卡死、失效等问题，影响泵运行的稳定性和可靠性，从而影响整台机组的工作效率。由于热水循环泵在运行过程中介质温度对泵壳强度、机械密封和轴承腔散热效果均有很大的影响，本文利用数值计算的方法对热水循环泵进行热一结构强度和机械密封强化传热的研究，目的是提高该泵的可靠性和稳定性，

4、并为其结构的合理设计提供理论依据。主要研究内容及创新点有：(1)将热水循环泵机械密封热平衡方程理论计算得到的对流换热系数值，作为该泵机械密封环稳态温度场计算的热边界条件，在此基础上利用ANSYS—Workbench软件对其温度场计算，并结合折半查找法确定机械密封动静环端面摩擦热量的分配。(2)利用CFX对热水循环泵全流场流体域进行流热耦合计算，将机械密封动静环端面摩擦热量和输送介质温度作为流热耦合计算的热边界条件。计算并分析了额定工况下，介质温度对热水循环泵外特性、流体域温度场、绝对压力和机械密封腔热流密度的影响。同时也对相同介质温度情况下，流量大小对

5、其流热耦合结果的影响进行了计算。结果表明：热水循环泵流体域温度最高值出现在机械密封摩擦端面处，介质湿度对泵的扬程和水力效率有一定的影响，在高温泵水力设计过程中要考虑介质温度对其水力性能的影响。(3)在Thermal．Stress模块中，将流体域流热耦合计算得到的压力场和温度场数据耦合到泵壳固体域相应位置中，对额定运行工况下介质温度不同时热水循环泵泵壳固体域进行热．结构耦合求解，同时也对相同介质温度情况下热水循环泵不同运行工况下的泵壳固体域进行相关求解，分析了介质温度和流量大小对泵壳应力应变静力学的影响，并确定了应力集中危险区出现的介质温度值。结果表明：

6、温度载荷作用下泵壳的应力应变值和所有载荷综合作用值相差不大，在进行泵结构强度分析过程中不可忽略高温介质对其结构强度的影响。(4)从强化传热和场协同的角度，探究了热水循环泵机械密封腔结构形状热水循环泵热．结构耦合及机械密封腔强化传热的研究对密封腔内部的速度、温度分布以及速度场和热流场的影响。对原模型和四种不同方案的热水循环泵全流场流体域进行了流热耦合计算，沿机械密封环水体域轴向建立垂直于轴向的五个不同平面，并分别对不同模型方案情况下机械密封环五个不同轴面处的速度、温度和协同角进行了对比分析。结果表明：凸台型机械密封腔结构泵的水力效率和扬程高，扰流筋板数的

7、增加能够增强换热，但相应泵的水力效率和扬程均较低。(5)利用ANSYS—Workbench软件中Steady-StateThermal模块对热水循环泵轴承腔以及电机腔内部温度场进行计算，主要的热边界条件包括，轴承的发热量、电机的热损耗以及输送介质温度。同时也对热水循环泵轴系结构的强度进行了计算和分析。结果表明：轴承腔位置处温度值最大，其等效应力值也偏高，且均高于转子的其余位置处，为电机散热的设计提供参考。关键词：热水循环泵，数值计算，流热耦合，热一结构耦合Ⅱ江苏大学硕士学位论文ABSTRACTIntheareasofpetrochemical,powe

8、rindustryanddailylife，hotwatercirculationpumpis