柱面气膜密封性能数值模拟及槽形参数优化

发布时间：2017-09-20 03:07

  本文关键词：柱面气膜密封性能数值模拟及槽形参数优化

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【摘要】：气膜密封是一种先进的新型旋转轴密封,通常它来密封旋转机械中的气体介质,与其他密封方式相比具有泄露少,磨损小,寿命长,能耗低,操作简单可靠等特点。柱面气膜密封是针对航空燃气轮机关键部位高温、高压、高滑速,径向和轴向进动引起位移较大的工况下提出的一种新的密封结构形式,本文的主要内容是柱面气膜密封结构和性能的数值模拟研究。首先,介绍了气膜密封的研究现状和重要意义。实验表明气膜密封的泄漏量远远小于机械密封。虽然航空燃气轮机关键部位的密封方式已经由迷宫密封发展到刷式密封,但是目前还没见到一处气膜密封的成功应用实例,气膜密封还处于研究阶段,它的成功应用具有重大的经济价值和军事价值。其次,介绍了柱面气膜密封的基础理论-流体动压润滑理论,以及其基本原理原理和结构特点。针对柱面气膜密封结构的特殊性,为了建立柱面气膜密封的数学模型,介绍了一种特殊的坐标系-旋转坐标系,以及柱面气膜密封的控制方程在旋转坐标系中建立的基本过程和化简,并对控制方程进行了无量纲化,便于求解。再次,介绍了求解雷诺方程几种常见方法,通过对比最终选择了有限元法来求解雷诺方程,介绍了有限元法的基本过程,并进行了算例验证,通过对比本文的计算值和参考文献的计算值,验证了本文程序的正确性。利用该程序分析了操作参数和密封面结构几何参数对柱面气膜密封性能的影响,并绘制了相关规律曲线,并分析了产生这种变化的原因。最后运用优化设计理论,以获得最大刚漏比为目标,建立了优化的数学模型,并利用该方法对算例进行优化,通过对比可知优化后的密封性能要优于优化前。
【关键词】：柱面气膜密封 稳态性能 螺旋槽 优化设计
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 柱面气膜密封研究背景和问题的提出10-13
• 1.3 航空燃气涡轮机典型气膜密封研究进展简介13-19
• 1.3.1 迷宫密封14-15
• 1.3.2 刷式密封15-16
• 1.3.3 端面气膜密封16
• 1.3.4 柱面气膜密封16-19
• 1.4 柱面气膜密封特点分析19-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 第二章 柱面气膜密封的基本理论和数学模型22-32
• 2.1 流体动、静压润滑理论22-24
• 2.1.1 流体静压润滑原理22
• 2.1.2 流体动压润滑理论22-23
• 2.1.3 流体动静压润滑原理比较23
• 2.1.4 密封面的动压效应23-24
• 2.2 柱面气膜密封结构简介24-26
• 2.2.1 柔性支撑系统25-26
• 2.3 气膜密封工作原理简介26-27
• 2.4 密封面几何结构参数27
• 2.5 柱面气膜密封控制方程27-31
• 2.5.1 柱面气膜密封计算基本假设27-28
• 2.5.2 柱坐标下柱面气膜密封稳态等温雷诺方程的引入28-31
• 2.5.3 求解边界条件31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 数学模型的数值求解32-44
• 3.1 流体计算力学概述32
• 3.2 常用解法介绍与比较32-34
• 3.2.1 压力摄动法33
• 3.2.2 线性ph法33
• 3.2.3 有限差分法33-34
• 3.2.4 有限元法34
• 3.3 有限元法计算具体过程34-39
• 3.3.1 有限元法概述34-35
• 3.3.2 网格划分35-36
• 3.3.3 差值函数的确定36
• 3.3.4 坐标变换36-37
• 3.3.5 变分方程建立37
• 3.3.6 变分方程离散化37-39
• 3.4 气膜压力场数值计算算例验证39-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 柱面气膜密封稳态性能影响因素分析44-58
• 4.1 柱面气膜密封稳态特性基本参数44-45
• 4.1.1 气膜反力44-45
• 4.1.2 气膜刚度45
• 4.1.3 偏位角45
• 4.1.4 泄漏量45
• 4.2 参数对柱面气膜密封性能的影响45-47
• 4.2.1 可压缩数和密封间隙对柱面气膜密封性能影响46-47
• 4.3 操作参数对柱面气膜密封的影响47-50
• 4.3.1 转速对柱面气膜密封性能的影响47-48
• 4.3.2 边界压力对柱面气膜密封性能的影响48-49
• 4.3.3 气体粘度对柱面气膜密封性能产生的影响49-50
• 4.4 槽型参数对柱面气膜密封稳态特性影响50-56
• 4.4.1 槽数Ng对柱面气膜密封性能影响50-52
• 4.4.2 螺旋角β对柱面气膜密封性能的影响52-53
• 4.4.3 槽长坝长比λ对柱面气膜密封性能影响53-54
• 4.4.4 槽台宽比γ对柱面气膜密封的性能影响54-55
• 4.4.5 槽深Hg对柱面气膜密封性能影响55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 柱面气膜密封槽型参数的优化设计58-64
• 5.1 优化设计基本步骤58-59
• 5.2 本文优化方法具体步骤如下59-62
• 5.3 优化结果分析62
• 5.4 本章小结62-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录A (攻读硕士学位期间发表的论文)72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：885520