| 题名 | 螺旋槽柱面密封微间隙气膜流场分析及密封环热力耦合研究 |
| 作者 | 王晶晶 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 丁雪兴 |
| 关键词 | 柱面螺旋槽密封 微间隙 流场分析 热力耦合 应力应变 ICEM |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 本课题在国家自然科学基金项目“柱面螺旋槽干气密封润滑气膜动力学研究”(编号:51569012)的资助下完成。随着机械行业的快速发展与制造业市场的需求,轴端密封旋转类机械不断突破设计工况,逐步向极端工况发展,这对密封更是一项巨大的挑战,在传统的迷宫密封与刷式密封中,由于流体激振、密封件自身的磨损和转子系统干磨等多种因素导致密封泄漏量增大、稳定性变差、以及寿命变短。而近年来发展的新型柱面螺旋槽干气密封具有泄漏少、磨损小、寿命长、结构紧凑等优点,可以很好的适用于各种极端工况,本文基于热流固耦合理论对柱面气膜密封展开以下研究。利用SolidWorks建立了浮环-轴套-微间隙螺旋槽气膜的整体模型。基于计算流体动力学理论,利用Fluent软件求解了微间隙螺旋槽气膜的三维流场及温度变化,并探讨了转速、压差对微间隙气膜压力、温度、泄漏量及开启力的影响。结果表明:在动压效果最明显的区域压力和温度相对较高,随着压差的增大,气膜压力、泄漏量及开启力也在不断的增大,而压差对温度场影响却不大。随着转速的增加,气膜压力、温度及开启力都在不断的增大,泄漏量呈微增趋势。在此基础上,通过改变微间隙气膜流场的平均气膜厚度、长度、偏心、槽长、槽数、槽深,螺旋角度数,综合对比开启力、泄漏量,刚度等密封性能参数的影响得出其最佳选择范围:平均微间隙厚度为15μm及以下,轴向气膜长度的最佳选择为28-52mm,气膜偏心最优选择为0.55-0.75,槽数范围选择为16-22,槽长选择为26-30mm,最佳螺旋角度数为28-42°。通过Mesh网格划分方式对密封环浮环和轴套进行不同面全局网格尺寸划分,将Fluent和Mechanical APDL进行耦合联立,分别对浮环和轴套进行三维力应变、热应变、热力耦合应变求解,并探究了不同压差、转速对密封环分别在力、热、热力耦合应变下的影响,以及对密封环力应力、热应力、耦合应力的影响。结果得出:热力耦合应变中,热耦合占主体地位,密封环热耦合发生的应变尺度远大于力耦合应变。浮环和轴套主要受热应力的影响,最大应力都出现在被约束的位置,为二次应力,且远远小于材料的许用应力,故对应变影响不大,浮环的材料应该选择具有自润滑性的石墨,可以有效的减小摩擦,有利于密封系统的稳定,对于动环轴套应选择弹性模量大、热膨胀系数低的碳化硅材料。影响热应变的主要因素为材料的热膨胀系数,热膨胀系数越低,应变越小。热力耦合应变主要受转速的影响,压差影响不大。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 74 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95245]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晶晶. 螺旋槽柱面密封微间隙气膜流场分析及密封环热力耦合研究[D]. 2019. |
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