(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210994958.1 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 辽宁石油化工大 学 地址 113001 辽宁省抚顺市望花区丹东路 西段一号 申请人 哈尔滨工业大 学 (72)发明人 苏文涛　王翔鹏　郑智颖　刘汪洋　 王嗣兴　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 孙莉莉 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 空化及温度对核主泵波度密封性能的影响 分析方法 (57)摘要 本发明提出空化及温度对核主泵波度密封 性能的影 响分析方法。 所述方法包括空化模型的 选择、 流体流动状态判断、 边界条件设置和密封 性能影响分析。 选用了三种不同的计算模型， 计 算了膜厚及转速变化下的密封性能参数， 通过对 三种模型计算结果对比发现： (1)膜厚较小时， 空 化效应对开启力的影响较大， 对开启力促进作用 明显， 粘温 效应使开启力减小。 膜厚较大时， 空化 效应减弱甚至是消失， 粘温 效应对开启力和泄漏 量的影响超 过空化效应。 (2)转速较小时， 空化区 域较小， 开启力变化并不明显， 但粘温效应对泄 漏量的促进作用依然十分明显。 在转速较大时， 空化效应对开启力的影 响比粘温 效应大， 且空化 效应促进开启力增大， 粘温 效应对开启力影响较 小。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115470719 A 2022.12.13 CN 115470719 A 1.空化及温度对核 主泵波度密封性能的影响分析 方法， 其特 征在于， 具体包括： 空化模型的选择： 选择ZGB空化模型， 该模型忽略了表面张力、 不凝结气体和湍动能的 影响， 该模型中空化区域的空泡内压力等于 当地饱和蒸汽压， 空泡直径为固定值， 采用气化 核心体积分数来描述质量传输 速率； 流体流动状态判断： 用流动因子 τ 的变化 来判断流体层流与湍流状态； 边界条件设置： 根据边界类型进行边界条件设置； 密封性能影响分析： 不同膜厚和不同转速下分别进行空化和温度对密封性能的影响分 析， 在分析过程中采用三种模型的密封性能计算结果进行对比， 所述三种模型具体为： HD1 模型使用层流模 型， 不考虑空化效应和粘温效应， 求解N ‑S方程、 连续性方程， 即流体动力润 滑模型； HD2模 型使用层流模 型， 启用空化模型， 求解N ‑S方程、 连续性方程和汽相输运方程， 其中空化模 型为ZGB空化模 型； THD模 型使用层流模 型， 考虑空化效应和粘温效应， 开启能量 方程和层流模 型中的粘性摩 擦热， 求解N ‑S方程、 连续性方程、 汽相输运方程和能量方程， 即 热流体动力 润滑THD， 其中流体粘性随温度变化 通过UDF导入。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述输运方程 为： 式中， Re为相变过程中的蒸发项； Rc为相变过程中的冷凝项； α 为相体积分数； 下角标v为 汽相； 若p≤pv 若p>pv 式中， Fvap为蒸发项常数； Fcond为凝结项常数； RB为空泡半径(m)； αnuc为成核点体积分数。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 在流体流动状态判断过程中， 密封间隙的 流动是由Couet te流动和Po iseuille流动组成； 当密封环无压力梯度运行， 密封环动环旋转带动流体旋转， 流动是couette流动， 此时 雷诺数记为Rec： 式中， r为密封环半径(m)； ω为密封环旋转角速度(1/s)； h为液膜厚度(m)； 当Rec<Recl时， 流动处于层流， 当Rec>Rect时， 流动处于湍流； 当密封环无旋转， 有压力梯度存在时， 流动是po iseuille流动， 此时雷诺数记为Rep： 式中， Vr为密封环间隙流体径向流速； 当Rep<Repl时， 流动处于层流， 当Rep>Rept时， 流动处于湍流； 流动因子 τ：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470719 A 2当τ<9/16时， 流动处于层流， 当τ >1时流动处于湍流； 密封环中流体流动状态为层流状态。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 在边界条件设置中， 由于密封环具有周期 性特征， 计算时取一个周期进 行计算， 周期的两端端面命名为P1与P2， 将P1与P2设置为周期 性边界条件， 即peri odic边界条件： p(r,0)＝p(r,2 π/k) 式中， k为波数。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 核主泵波度密封在运行时， 动环固定在主 轴上随主轴旋转， 设置为旋转壁面， 转速为1500rpm， 温度边界条件为couple， 即耦合换热 面； 静环静止不动， 静环设置为无滑移边界条件， 温度边界条件为couple； 密封环入口和出 口处的压力是已知的， 入口和出口边界条件给定压力入口、 压力出口， 入口处密封介质温度 已知， 设定为定温入口边界条件； 其 他设置为 壁面边界条件。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 波度密封环工作时， 动环外径侧的壁面与 密封腔流体发生相对旋转， 此时密封腔中流体处于强制对流换热， 对流换热系数计算公式 为： 式中， Reb为流体旋转搅拌作用， Reb＝ωDr2/v； ω为角速度(rad/s)； Rea为与流体绕流相 关系数， Rea＝UDr/v； U为动环周围流体轴向速度(m2/s)； v为运动粘度(m2/s)； Pr为普朗特 数， Pr＝ μcp/k； λ为导热系数(w/m ·K)； 静环的外径侧壁 面与密封腔内流体之间是相对静止的， 对流换 热系数计算公式为： α ＝0.023 λ Re0.8Pr0.4δ 式中， δ为静环外径侧间隙(m)； Re为雷诺数， Re＝Vδ/ υ； V为静环周围密封介质轴向平均 流速(m/s)。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 采用有限体积法将方程在时间和空间上离 散； 用SIMPLE算法求解压力与速度的耦合； 压力场的空间离散采用二阶离散格式， 动量方程 和能量方程的差分格式采用QUICK格式。 8.根据权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 定义THD模型与HD1模型的泄漏量相对变化 率为 η1， 定义THD模型与HD2模型的泄漏量相对变化 率为 η2： 9.一种电子设备， 包括存储器和 处理器， 所述存储器存储有计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1 ‑8任一项所述方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 用于存储计算机指令， 其特征在于， 所述计算机指令被权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470719 A 3