铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真_邢树兵.pdf
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1、2023.3Vol.47No.3研 究 与 设 计收稿日期:2022-07-13作者简介:邢树兵(1989),男,河北省人,工程师,主要研究方向为水激活电池优化及设计。通信作者:高新龙铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真邢树兵,高新龙,闻杰,李学海,韩超(中国电子科技集团公司 第十八研究所,天津 300384)摘要:为进一步了解气液两相工况下的铝氧化银电池电液循环泵内部流动特性,选取比转数ns=63.7的某型铝氧化银电池电液循环泵作为研究对象,结合CFD数值模拟技术,基于CFX软件中的Eulerian-Eulerian非匀相流模型,对泵内部流动特性进行仿真计算,得到不同进口含气率工况下的中截
2、面压力、气相体积分数分布及流线分布。结果表明:随着进口含气率增加,电液循环泵内流体分布不均匀度增加,叶轮对流体做功能力下降;循环泵内气相分布主要集中在叶片工作面进口区域,随着进口含气率变大,部分流道会被气体严重堵塞,导致泵的流量、扬程产生剧烈波动;随着进口含气率增加,旋涡、回流影响范围逐渐扩大,在旋涡、回流及气液两相滑移的相互作用下,流道内流线分布十分紊乱,产生较大的能量损失,造成扬程及效率下降。关键词:铝氧化银电池;电液循环泵;气液两相;流动特性中图分类号:TM 911文献标识码:A文章编号:1002-087 X(2023)03-0366-04DOI:10.3969/j.issn.1002-
3、087X.2023.03.021Flow characteristics numerical simulation of aluminum silver oxidebattery electro-hydraulic circulation pump under gas-liquidtwo-phase flowXING Shubing,GAO Xinlong,WEN Jie,LI Xuehai,HAN Chao(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)Abstract:In order to learn more about
4、 the flow characteristics of the aluminum silver oxide battery electro-hydraulic circulation pump under gas-liquid two-phase conditions,an electro-hydraulic circulation pump witha specific speed of 63.7 was selected.Combined with CFD numerical simulation technology,the flowcharacteristics of the alu
5、minum silver oxide battery electro-hydraulic circulation pump were simulated byapplying the Eulerian-Eulerian inhomogeneous multiphase flow model of the CFX software.The pressuredistribution,gas volume fraction distribution and streamline distribution in the mid-section under differentIGVF(inlet gas
6、 volume fraction)conditions were obtained.The results show that with the increasing of IGVF,the flow inhomogeneity between the gas phase and the liquid phase is exacerbated,and the impellers workingability to the fluid decreases.The gas phase in the electro-hydraulic circulation pump is mainly accum
7、ulatedon the blade working surface near the inlet.With the increasing of IGVF,part of the flow channel will beseriously blocked by gas,leading to violent fluctuation in the flow and head of the electro-hydraulic circulationpump.The influence range of the vortex and backflow gradually expands with th
8、e increasing of IGVF.Underthe interaction of vortex,backflow and gas-liquid two-phase slip,the streamline distribution in the flowchannel of the pump is very disordered.The head and efficiency decrease,resulting in a large energy loss.Key words:aluminum silver oxide battery;electro-hydraulic circula
9、tion pump;gas-liquid two-phase flow;flow characteristics铝氧化银电池具有贮存寿命长、比能量高、比功率高的优点,已被应用于鱼雷一次动力电池,目前国际上最先进的电动力鱼雷MU90、F21和Black shark,均配装了铝氧化银电池作为动力源1。图1为某型鱼雷用铝氧化银电池结构示意图2。从图1可以看出,铝氧化银电池除电池本体外,还需要气体分离器、电机、循环泵等辅助系统。气体分离器主要作用图1铝氧化银电池结构图3662023.3Vol.47No.3研 究 与 设 计是将电池工作过程中产生的大量氢气,经气液分离后排出舱外,另有少量未分离的气体随电
10、解液进入电液循环泵内。电液循环泵在工作时处于复杂的气液两相流工况下,其作为铝氧化银电池系统的唯一动力来源,是电池系统的“心脏”,主要作用有:在激活初期,将外部海水快速注入系统舱内,溶解固态电解质,并在系统舱内建立稳定的电液循环;在放电过程中,驱动系统中的电解液循环,带走电池本体产生的氢气、铝酸盐、热量等副产物;在整个运行过程中,为系统内的转换阀提供稳定的驱动力。电液循环泵在工作时,极易受进口含气率变化的影响,可能引起流量、扬程剧烈变化,导致电池本体副产物积聚、电解液泄漏等问题。鉴于电液循环泵对铝氧化银电池性能有较大影响,甚至直接关系到鱼雷发射的成败,因此对电液循环泵气液两相流动特性研究十分必要
11、,对提高泵运行的稳定性具有重要的实际意义和学术价值。目前,国内外学者对泵内的气液两相流进行了大量研究。李贵东等3、刘瑞华等4采用 CFX 软件对离心泵内部流场进行三维瞬态数值模拟,得到了气液两相条件下离心泵内部流态、叶片载荷及内部压力脉动的变化规律。袁寿其等5基于MUSIG模型,充分考虑气相粒子之间的聚合及破碎作用对流动特性的影响,得到离心泵在不同含气率工况下的内部流动特性。William Monte Verde等6采用高速成像技术,揭示了离心泵叶轮内四种气液流动模式。本文对某型铝氧化银电池电液循环泵气液两相流动特性进行研究。1 计算模型及网格划分1.1 模型泵参数选取某型铝氧化银电池电液循环
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