液体端面密封润滑膜固体颗粒沉积特性及密封性能研究
发布时间：2021-05-21 10:57
在液体动压型机械密封的实际运行过程中,微小固体颗粒常因密封介质携带或端面动压槽负压吸入而进入密封间隙润滑膜,引起润滑膜流场特性变化和因沉积造成动压槽堵塞,严重时会导致密封失效。为此,本文在国家自然科学基金项目（51976078）的资助下,以液体端面密封为研究对象,建立涉及微小固体颗粒和润滑膜空化的气液固多相流计算模型,研究固体颗粒物性参数、工况参数、端面槽型参数及介质温度对微间隙润滑膜固体颗粒运动沉积特性与密封性能的影响规律,为高性能液体端面密封的开发提供理论依据,主要研究工作与结论如下:1、以上游泵送机械密封为具体研究对象,利用Fluent中的Laminar模型、Mixture多相流模型、Zwart-Gerber-Belamri空化模型以及DPM模型建立了密封间隙润滑膜多相流动计算模型并进行模型验证,研究了润滑膜多相流动特性和固体颗粒运动沉积规律。研究表明:螺旋槽外槽根存在高压区,背风侧至内槽根形成低压区,空化出现在背风侧堰区中部;转速增大时高压区和低压区（含空化区）均增大,介质压力增大时低压区缩小;固体颗粒在槽堰低压区被吸入后,主要沉积在槽内低压区的背风侧附近和上游边界以及空化上游...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 摩擦副固液两相润滑研究现状
1.2.2 端面密封液膜空化的研究现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 主要研究内容
第二章 密封润滑膜多相流建模及流场分析
2.1 固液两相流动模型
2.1.1 基于欧拉-欧拉方法的双流体模型
2.1.2 基于欧拉-拉格朗日方法的离散相模型
2.1.3 基于拉格朗日-拉格朗日方法的流体拟颗粒模型
2.2 固体颗粒在流体中的受力分析
2.2.1 流体作用在固体颗粒上的阻力
2.2.2 流体作用在固体颗粒上的加速度力
2.2.3 流体作用在固体颗粒上的不均匀力
2.2.4 其他附加力
2.3 流体动压润滑理论与主要参数
2.3.1 流体动压润滑理论
2.3.2 主要参数
2.4 计算模型的建立
2.4.1 物理模型
2.4.2 数学模型
2.4.3 边界条件设置
2.4.4 网格划分及其无关性检验
2.5 模型有效性验证
2.6 数值模拟结果及讨论
2.6.1 润滑膜流场
2.6.2 固体颗粒运动沉积特性分析
2.7 本章小结
第三章 不同颗粒参数和工况下的颗粒沉积特性及密封性能
3.1 固体粒径变化的影响
3.1.1 润滑膜颗粒沉积率及沉积分布随粒径的变化
3.1.2 密封性能随粒径的变化
3.2 固体颗粒进口体积分数变化的影响
3.2.1 润滑膜颗粒沉积率及沉积分布随颗粒进口体积分数的变化
3.2.2 密封性能随颗粒进口体积分数的变化
3.3 转速变化的影响
3.3.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随转速的变化
3.3.2 密封性能随转速的变化
3.4 介质压力变化的影响
3.4.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随介质压力的变化
3.4.2 密封性能随介质压力的变化
3.5 润滑膜厚度变化的影响
3.5.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随膜厚的变化
3.5.2 密封性能随润滑膜厚度的变化
3.6 本章小结
第四章 槽型参数对润滑膜固体颗粒沉积及密封性能的影响
4.1 端面槽型参数取值范围
4.2 槽深的影响分析
4.2.1 不同槽深下固体颗粒沉积特性分析
4.2.2 槽深对密封性能的影响
4.3 螺旋角的影响分析
4.3.1 不同螺旋角下固体颗粒沉积特性分析
4.3.2 螺旋角对密封性能的影响
4.4 槽径比的影响分析
4.4.1 不同槽径比下固体颗粒沉积特性分析
4.4.2 槽径比对密封性能的影响
4.5 槽宽比的影响分析
4.5.1 不同槽宽比下固体颗粒沉积特性分析
4.5.2 槽宽比对密封性能的影响
4.6 本章小结
第五章 介质温度对固体颗粒沉积及密封性能的影响
5.1 黏温方程与饱和蒸汽压力温度曲线
5.2 计算模型的建立
5.2.1 工况参数及物性参数
5.2.2 数学模型
5.3 计算结果及分析
5.3.1 润滑膜流场和温度场特性
5.3.2 润滑膜固体颗粒运动沉积规律分析
5.3.3 介质温度对固体颗粒沉积分布及沉积率的影响
5.3.4 介质温度及固体颗粒的沉积对密封性能的影响
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的相关研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]自泵送流体动静压型机械密封自清洁性分析[J]. 陈群,孙见君. 摩擦学学报. 2019(03)
[2]亚微米级颗粒物在气体动压轴承内运动与沉积分析[J]. 冯明,侯冲,忽敏学,刘志宏. 中国惯性技术学报. 2019(02)
[3]考虑空化效应的螺旋槽机械密封液膜动力学特性研究[J]. 孟祥铠,江莹莹,赵文静,江锦波,彭旭东. 摩擦学学报. 2019(02)
[4]表面粗糙度对液膜润滑动压型机械密封性能的影响[J]. 陈汇龙,张培林,孙冬冬,陈妙妙,吴远征. 排灌机械工程学报. 2020(02)
[5]影响椭圆微孔端面机械密封回吸现象的参数研究[J]. 王彦镐,吉华,张科,李岩霖,战琳月. 润滑与密封. 2018(09)
[6]固体颗粒分布对轴承润滑的影响[J]. 李娜娜,韩海燕,曹凡. 润滑与密封. 2018(08)
[7]Influencing factors on hydrodynamic lubrication failure of upstream pumping mechanical seal[J]. CHEN Huilong,LI Xinwen,WANG Bin,WU Qiangbo,REN Kunteng,LI Tong,ZHAO Binjuan. 排灌机械工程学报. 2018(06)
[8]基于质量守恒边界条件的下游泵送螺旋槽液膜密封空化分析[J]. 杨文静,郝木明,曹恒超,袁俊马,李晗. 化工学报. 2018(09)
[9]润滑油中固体颗粒对锥形静压滑动轴承油膜承载能力的影响[J]. 朱禹川,万占鸿,王浩. 轴承. 2018(05)
[10]沟槽参数对螺旋槽液膜密封空化诱发影响分析[J]. 李振涛,王赟磊,郝木明,李勇凡,曹恒超,袁俊马. 化工进展. 2018(05)
博士论文
[1]离心泵内部固液两相流动数值模拟与磨损特性研究[D]. 李昳.浙江理工大学 2014
[2]固体颗粒杂质影响活塞环—缸套润滑、磨损的理论及试验装备研究[D]. 杨晓京.浙江大学 2008
硕士论文
[1]动压型机械密封液膜汽化特性及性能研究[D]. 李新稳.江苏大学 2019
[2]动压型机械密封微间隙气液固流动特性及密封性能研究[D]. 孙冬冬.江苏大学 2018
[3]固体颗粒物对液体静压滑动轴承油膜特性影响的仿真研究[D]. 高岩.辽宁科技大学 2018
[4]液压滑阀间隙热形变与污染颗粒分布的仿真研究[D]. 陈晓明.兰州理工大学 2017
[5]液体动压型机械密封多场耦合计算及瞬态特性研究[D]. 李同.江苏大学 2017
[6]离心式杂质泵内部固液两相湍流场数值计算与磨损分析[D]. 赵恩乐.合肥工业大学 2017
[7]自润滑滑动轴承气固两相流数值模拟研究[D]. 赵东一.辽宁科技大学 2017
[8]微通道内液固两相流动特性研究[D]. 沈艳丽.东北石油大学 2015
[9]波度端面机械密封有限元数值模拟[D]. 楼建铭.浙江工业大学 2015
[10]稳态下空化效应对液膜密封性能影响的数值研究[D]. 庄媛.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：3199582
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 摩擦副固液两相润滑研究现状
1.2.2 端面密封液膜空化的研究现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 主要研究内容
第二章 密封润滑膜多相流建模及流场分析
2.1 固液两相流动模型
2.1.1 基于欧拉-欧拉方法的双流体模型
2.1.2 基于欧拉-拉格朗日方法的离散相模型
2.1.3 基于拉格朗日-拉格朗日方法的流体拟颗粒模型
2.2 固体颗粒在流体中的受力分析
2.2.1 流体作用在固体颗粒上的阻力
2.2.2 流体作用在固体颗粒上的加速度力
2.2.3 流体作用在固体颗粒上的不均匀力
2.2.4 其他附加力
2.3 流体动压润滑理论与主要参数
2.3.1 流体动压润滑理论
2.3.2 主要参数
2.4 计算模型的建立
2.4.1 物理模型
2.4.2 数学模型
2.4.3 边界条件设置
2.4.4 网格划分及其无关性检验
2.5 模型有效性验证
2.6 数值模拟结果及讨论
2.6.1 润滑膜流场
2.6.2 固体颗粒运动沉积特性分析
2.7 本章小结
第三章 不同颗粒参数和工况下的颗粒沉积特性及密封性能
3.1 固体粒径变化的影响
3.1.1 润滑膜颗粒沉积率及沉积分布随粒径的变化
3.1.2 密封性能随粒径的变化
3.2 固体颗粒进口体积分数变化的影响
3.2.1 润滑膜颗粒沉积率及沉积分布随颗粒进口体积分数的变化
3.2.2 密封性能随颗粒进口体积分数的变化
3.3 转速变化的影响
3.3.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随转速的变化
3.3.2 密封性能随转速的变化
3.4 介质压力变化的影响
3.4.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随介质压力的变化
3.4.2 密封性能随介质压力的变化
3.5 润滑膜厚度变化的影响
3.5.1 润滑膜固体颗粒沉积率及沉积分布随膜厚的变化
3.5.2 密封性能随润滑膜厚度的变化
3.6 本章小结
第四章 槽型参数对润滑膜固体颗粒沉积及密封性能的影响
4.1 端面槽型参数取值范围
4.2 槽深的影响分析
4.2.1 不同槽深下固体颗粒沉积特性分析
4.2.2 槽深对密封性能的影响
4.3 螺旋角的影响分析
4.3.1 不同螺旋角下固体颗粒沉积特性分析
4.3.2 螺旋角对密封性能的影响
4.4 槽径比的影响分析
4.4.1 不同槽径比下固体颗粒沉积特性分析
4.4.2 槽径比对密封性能的影响
4.5 槽宽比的影响分析
4.5.1 不同槽宽比下固体颗粒沉积特性分析
4.5.2 槽宽比对密封性能的影响
4.6 本章小结
第五章 介质温度对固体颗粒沉积及密封性能的影响
5.1 黏温方程与饱和蒸汽压力温度曲线
5.2 计算模型的建立
5.2.1 工况参数及物性参数
5.2.2 数学模型
5.3 计算结果及分析
5.3.1 润滑膜流场和温度场特性
5.3.2 润滑膜固体颗粒运动沉积规律分析
5.3.3 介质温度对固体颗粒沉积分布及沉积率的影响
5.3.4 介质温度及固体颗粒的沉积对密封性能的影响
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的相关研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]自泵送流体动静压型机械密封自清洁性分析[J]. 陈群,孙见君. 摩擦学学报. 2019(03)
[2]亚微米级颗粒物在气体动压轴承内运动与沉积分析[J]. 冯明,侯冲,忽敏学,刘志宏. 中国惯性技术学报. 2019(02)
[3]考虑空化效应的螺旋槽机械密封液膜动力学特性研究[J]. 孟祥铠,江莹莹,赵文静,江锦波,彭旭东. 摩擦学学报. 2019(02)
[4]表面粗糙度对液膜润滑动压型机械密封性能的影响[J]. 陈汇龙,张培林,孙冬冬,陈妙妙,吴远征. 排灌机械工程学报. 2020(02)
[5]影响椭圆微孔端面机械密封回吸现象的参数研究[J]. 王彦镐,吉华,张科,李岩霖,战琳月. 润滑与密封. 2018(09)
[6]固体颗粒分布对轴承润滑的影响[J]. 李娜娜,韩海燕,曹凡. 润滑与密封. 2018(08)
[7]Influencing factors on hydrodynamic lubrication failure of upstream pumping mechanical seal[J]. CHEN Huilong,LI Xinwen,WANG Bin,WU Qiangbo,REN Kunteng,LI Tong,ZHAO Binjuan. 排灌机械工程学报. 2018(06)
[8]基于质量守恒边界条件的下游泵送螺旋槽液膜密封空化分析[J]. 杨文静,郝木明,曹恒超,袁俊马,李晗. 化工学报. 2018(09)
[9]润滑油中固体颗粒对锥形静压滑动轴承油膜承载能力的影响[J]. 朱禹川,万占鸿,王浩. 轴承. 2018(05)
[10]沟槽参数对螺旋槽液膜密封空化诱发影响分析[J]. 李振涛,王赟磊,郝木明,李勇凡,曹恒超,袁俊马. 化工进展. 2018(05)
博士论文
[1]离心泵内部固液两相流动数值模拟与磨损特性研究[D]. 李昳.浙江理工大学 2014
[2]固体颗粒杂质影响活塞环—缸套润滑、磨损的理论及试验装备研究[D]. 杨晓京.浙江大学 2008
硕士论文
[1]动压型机械密封液膜汽化特性及性能研究[D]. 李新稳.江苏大学 2019
[2]动压型机械密封微间隙气液固流动特性及密封性能研究[D]. 孙冬冬.江苏大学 2018
[3]固体颗粒物对液体静压滑动轴承油膜特性影响的仿真研究[D]. 高岩.辽宁科技大学 2018
[4]液压滑阀间隙热形变与污染颗粒分布的仿真研究[D]. 陈晓明.兰州理工大学 2017
[5]液体动压型机械密封多场耦合计算及瞬态特性研究[D]. 李同.江苏大学 2017
[6]离心式杂质泵内部固液两相湍流场数值计算与磨损分析[D]. 赵恩乐.合肥工业大学 2017
[7]自润滑滑动轴承气固两相流数值模拟研究[D]. 赵东一.辽宁科技大学 2017
[8]微通道内液固两相流动特性研究[D]. 沈艳丽.东北石油大学 2015
[9]波度端面机械密封有限元数值模拟[D]. 楼建铭.浙江工业大学 2015
[10]稳态下空化效应对液膜密封性能影响的数值研究[D]. 庄媛.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：3199582
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