柱面气膜密封数值模拟与性能分析

发布时间：2017-03-16 14:08

  本文关键词：柱面气膜密封数值模拟与性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气膜密封是一种先进的非接触式密封技术,具有泄露少、寿命长、能耗低、可靠性高等优点。尤其在航空发动机高界面滑速、高边界压差、高环境温度下,普通气膜密封技术难以做到,有专家提出了柱面气膜密封技术。由于柱面气膜密封其独特的柔性结构可以吸收密封轴轴向和周向位移,减少由于转子倾斜和密封环倾斜引起的接触和磨损,柱面气膜密封的提出使得航空燃气轮机转子系统利用气膜实现非接触摩擦成为可能。介绍了柱面气膜密封的基础理论、基本原理及其结构特点,建立了气膜浮升力、气膜刚度、泄漏量、漏刚比等主要参数的计算公式。在Proe中建立无槽和T型槽柱面气膜密封参数化模型。专业网格划分软件HYPERMESH、ANSA划分网格。在相同结构参数和操作参数下,应用CFD-FLUENT对比分析了无槽模型和T型槽模型的密封性能,并分析了槽型参数：槽数、坝长槽长比、槽台宽比、槽深、环长等对T型槽柱面气膜密封性能的影响。通过分析得出结构参数和操作参数对两种结构柱面气膜密封性能均有显著影响,得到了结构参数和操作参数变化对两种槽型密封性能影响的曲线图,结果表明T型槽结构密封性能明显优于无槽模型。在确定的密封工况中分析T型槽槽型参数对柱面气膜密封性能的影响,得到了T型槽槽型参数比较合理的范围和取值：T型槽槽数选择范围为22～28；槽深的选取应在20μm左右较为合适；槽台宽比的选取值为0.3～0.5；坝长槽长比应选择比较大的值；环长尽可能选择环长较大的浮环。
【关键词】：T型槽 柱面气膜密封 FLUENT 数值模拟 槽型参数
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 国内外研究现状13-17
• 1.2.2 存在问题17
• 1.2.3 未来发展方向17-18
• 1.3 研究意义18-19
• 1.4 研究内容、技术路线19-21
• 1.4.1 研究内容19
• 1.4.2 技术路线19-21
• 第二章 柱面气膜密封基本理论及计算流体力学21-33
• 2.1 柱面气膜密封的原理、结构21-23
• 2.1.1 流体动压润滑原理21-22
• 2.1.2 基本结构22-23
• 2.2 T型槽柱面气膜密封控制方程的建立23-26
• 2.2.1 基本假设23-24
• 2.2.2 控制方程24-25
• 2.2.3 性能参数25-26
• 2.3 模型主要几何参数26-28
• 2.3.1 结构参数26-27
• 2.3.2 密封面参数27
• 2.3.3 槽型参数27-28
• 2.4 计算流体力学28-32
• 2.4.1 CFD计算步骤29-30
• 2.4.2 流体流动控制方程30
• 2.4.3 运算方法30-31
• 2.4.4 模型流态判断31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 两种槽型结构CFD数值模拟33-47
• 3.1 CFD简介33
• 3.2 模型建立33-37
• 3.2.1 参数化建模33-35
• 3.2.2 网格划分35-36
• 3.2.3 计算模型假设36-37
• 3.2.4 设置边界条件37
• 3.2.5 求解器设置37
• 3.3 网格密度对两种模型计算结果的影响37-38
• 3.4 可靠性验证38-39
• 3.5 仿真结果分析39-46
• 3.5.1 无槽模型仿真结果分析39-43
• 3.5.2 T型槽仿真结果分析43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 两种气膜模型密封性能对比分析47-57
• 4.1 两种结构密封性能计算47-49
• 4.1.1 轴向静压47
• 4.1.2 泄漏量计算47-48
• 4.1.3 浮升力计算48
• 4.1.4 摩擦转矩48
• 4.1.5 气膜刚度48-49
• 4.1.6 漏刚比49
• 4.2 不同参数下两种结构密封性能分析49-56
• 4.2.1 不同结构参数下两种气膜密封性能分析49-52
• 4.2.2 不同操作参数下两种气膜密封性能分析52-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 T型槽柱面气膜密封性能及槽型参数分析57-77
• 5.1 柱面结构参数对密封性能的影响57-59
• 5.1.1 偏心率57-58
• 5.1.2 半径间隙58-59
• 5.2 操作参数对柱面气膜密封的影响59-64
• 5.2.1 转速59-61
• 5.2.2 压差61-63
• 5.2.3 粘度63-64
• 5.3 T型槽参数对柱面气膜密封稳态特性的影响64-75
• 5.3.1 槽数(N)65-67
• 5.3.2 槽深(Hg)67-69
• 5.3.3 槽台宽比(γ)69-71
• 5.3.4 坝长槽长比(β)71-73
• 5.3.5 环长(L)73-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 总结与展望77-81
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 附录A (攻读硕士学位期间发表的论文)87

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