密封齿对侧开槽对迷宫密封泄漏特性的影响
发布时间：2021-09-05 22:10
为了降低迷宫密封的泄漏量,提出一种在直通型迷宫密封的密封齿前端和后端设立凹槽的密封结构,基于CFD方法,建立迷宫密封数值仿真模型。通过与已有试验数据的对比,验证模型的正确性。探讨不同湍流模型的适用范围,并对比光滑表面、前置凹槽、后置凹槽3种结构在泄漏量、轴向压降及流场速度分布的差异性。结果表明:SST湍流模型更加适用于迷宫密封这种窄间隙的近壁面流动;前置凹槽结构降低泄漏量的效果较差,只有在高压力差下才能降低泄漏量;后置凹槽结构能改变迷宫密封腔内漩涡方向及状态,进而降低迷宫密封透气效应,加剧密封的能量耗散的同时降低泄漏量。因此,后置凹槽的迷宫密封结构具有较好的工程应用前景。
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
3种迷宫结构示意图
具体结构参数见图1(c),其中转子半径为75 mm,h=10 mm,Wfp=9.48 mm,Wt=0.9 mm,wg=5 mm,hg=1 mm,C=0.25 mm,W=18.55 mm,α=70°。密封介质采用不可压缩流体模型,密度及黏度以标准大气压下20 ℃的水为标准。图2给出了迷宫密封计算域三维结构和网格示意图。文中模拟的供应压力范围为1.19～4.93 MPa,进口给定总压,不考虑进口预旋的影响,进口速度方向垂直于进口边界,出口为平均静压条件,固定出口压力为环境大气压力,调节进口总压变化。模型中不考虑壁面与流体的传热,固体壁面均为绝热边界,气体与壁面接触采用光滑无滑移边界条件,静子面和转子面分别采用静止和旋转两类壁面条件,在研究转速对泄漏特性的影响时,转速设定为0、2 190、4 336和6 693 r/min。计算网格采用APDL语言编写,ANSYS软件生成,为全六面体的结构化网格,图2所示为PG-Model的边界条件及计算网格。出口端长度远长于试验参数,以消除回流对模型的影响。紊流模型采用Realizable k-ε模型、标准k-omega模型及SST模型对比验证,离散格式为二阶高精度格式,壁面采用无滑移绝热壁面,收敛条件是残差小于10-3,出口流量稳定。
网格的优劣对于数值模拟的准确性和收敛速度有着显著的影响,因此先确定合适的网格节点数量,以减小因网格质量导致的误差。文中建立了多种网格数量的模型,在相同的边界条件下模拟了泄漏情况,得到了泄漏量与网格节点数的变化关系如图3所示。网格节点数目从3.35×104至7.94×105,网格数量较低时泄漏量变化比较明显,当网格节点数目高于4.6×105,网格加密对于提升计算精度作用很小。因此文中选择的网格节点数为5.15×105。后续计算可以忽略网格疏密程度对计算结果的影响。2 结果与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速旋转轴的新型复合密封设计[J]. 李宝良,崔世昌,徐治强,石莹. 大连交通大学学报. 2019(01)
[2]基于CFD偏置迷宫密封泄漏特性研究[J]. 宋占宽,曾永忠,刘小兵,余志顺,邱胜. 机床与液压. 2018(21)
[3]迷宫密封泄漏特性的试验研究[J]. 李志刚,郎骥,李军,丰镇平. 西安交通大学学报. 2011(03)
[4]迷宫密封泄漏特性影响因素的研究[J]. 李志刚,李军,丰镇平. 西安交通大学学报. 2010(03)
[5]密封技术的现状与发展趋势[J]. 彭旭东,王玉明,黄兴,李鲲. 液压气动与密封. 2009(04)
本文编号：3386176
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
3种迷宫结构示意图
具体结构参数见图1(c),其中转子半径为75 mm,h=10 mm,Wfp=9.48 mm,Wt=0.9 mm,wg=5 mm,hg=1 mm,C=0.25 mm,W=18.55 mm,α=70°。密封介质采用不可压缩流体模型,密度及黏度以标准大气压下20 ℃的水为标准。图2给出了迷宫密封计算域三维结构和网格示意图。文中模拟的供应压力范围为1.19～4.93 MPa,进口给定总压,不考虑进口预旋的影响,进口速度方向垂直于进口边界,出口为平均静压条件,固定出口压力为环境大气压力,调节进口总压变化。模型中不考虑壁面与流体的传热,固体壁面均为绝热边界,气体与壁面接触采用光滑无滑移边界条件,静子面和转子面分别采用静止和旋转两类壁面条件,在研究转速对泄漏特性的影响时,转速设定为0、2 190、4 336和6 693 r/min。计算网格采用APDL语言编写,ANSYS软件生成,为全六面体的结构化网格,图2所示为PG-Model的边界条件及计算网格。出口端长度远长于试验参数,以消除回流对模型的影响。紊流模型采用Realizable k-ε模型、标准k-omega模型及SST模型对比验证,离散格式为二阶高精度格式,壁面采用无滑移绝热壁面,收敛条件是残差小于10-3,出口流量稳定。
网格的优劣对于数值模拟的准确性和收敛速度有着显著的影响,因此先确定合适的网格节点数量,以减小因网格质量导致的误差。文中建立了多种网格数量的模型,在相同的边界条件下模拟了泄漏情况,得到了泄漏量与网格节点数的变化关系如图3所示。网格节点数目从3.35×104至7.94×105,网格数量较低时泄漏量变化比较明显,当网格节点数目高于4.6×105,网格加密对于提升计算精度作用很小。因此文中选择的网格节点数为5.15×105。后续计算可以忽略网格疏密程度对计算结果的影响。2 结果与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速旋转轴的新型复合密封设计[J]. 李宝良,崔世昌,徐治强,石莹. 大连交通大学学报. 2019(01)
[2]基于CFD偏置迷宫密封泄漏特性研究[J]. 宋占宽,曾永忠,刘小兵,余志顺,邱胜. 机床与液压. 2018(21)
[3]迷宫密封泄漏特性的试验研究[J]. 李志刚,郎骥,李军,丰镇平. 西安交通大学学报. 2011(03)
[4]迷宫密封泄漏特性影响因素的研究[J]. 李志刚,李军,丰镇平. 西安交通大学学报. 2010(03)
[5]密封技术的现状与发展趋势[J]. 彭旭东,王玉明,黄兴,李鲲. 液压气动与密封. 2009(04)
本文编号：3386176
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