接触式机械密封界面的逾渗机制及通道模拟

发布时间：2017-03-17 15:03

  本文关键词：接触式机械密封界面的逾渗机制及通道模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械密封件的稳定性、可靠性在高参数化的工业发展要求下愈发重要,密封端面上存在的粗糙度使得其间的接触并不是那么理想,流体可能会找到贯穿整个密封界面的孔隙微通道,从而在压差作用下发生泄漏,故研究分析密封界面间的微通道模型极为关键,已有通道模型中的界面孔隙都被简化为沿径向等高的界面平行间隙或周向成余弦曲线状的通道,虽可简化计算过程,但忽略了那些未连接成贯穿密封界面的孔隙通道,导致泄漏量计算值均大于实测值,使得其应用于泄漏预测时引起很大的误差。本文以接触式机械密封为研究对象,对接触式机械密封界面间的逾渗机制及通道模型进行了研究分析,主要研究工作及分析结果如下:(1)分析了密封界面微通道的结构特征。通过对动环和静环的端面轮廓作数字化模拟,获得了满足分形特征的三维端面形貌,基于粗糙端面的微凸体变形转化过程,得出密封界面间的分形接触模型,分析了形貌参数、材料参数及工况参数对密封界面微通道分布的影响情况。(2)分析了密封界面的逾渗特性。依据逾渗理论,对密封界面进行网格划分以获得三维网格模型,根据密封界面微通道的分布状态对所获得的三维网格模型进行二值化处理,基于MATLAB编程研究建立了最大团的搜索算法,在此基础上分析了密封界面的逾渗特性,随着放大倍数的增大,密封界面逾渗概率的变化曲线存在一突变阶段,在该阶段大量的孔隙单元相互连通而合并成为贯穿整个密封界面的连通团。(3)计算和分析了微通道的逾渗点尺寸。建立了给定参数下的密封界面三维逾渗模型,根据最大团搜索程序求解出使孔隙团由不通至通时的临界放大倍数zc,得出给定参数下对应于临界放大倍数zc的临界逾渗点尺寸lc、hc。分析了软质环的形貌参数G、Ds2、材料参数E2、v2及工况参数Pg对逾渗点尺寸的影响规律;同时,计算了密封界面间流体泄漏最小孔隙尺寸。(4)建立了密封界面三维微通道模型,且对泄漏微通道进行了模拟仿真。借助UG/Open GRIP建模软件建立出临界放大倍数下的密封界面微通道模型,再利用Fluent模拟软件对理想情况下密封界面的泄漏状况进行了仿真分析。
【关键词】：接触式机械密封 分形形貌 逾渗模型 逾渗点尺寸 通道模拟
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题的来源、背景及意义9-10
• 1.2 密封界面通道模型的研究现状10-14
• 1.3 课题研究的主要内容及技术路线14-15
• 1.3.1 课题的主要研究内容14
• 1.3.2 技术路线14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 密封界面微通道的结构特征16-31
• 2.1 密封端面微观形貌表征16-22
• 2.1.1 分形理论16-18
• 2.1.2 密封端面的分形表征18-22
• 2.2 密封界面间孔隙分布的影响因素22-30
• 2.2.1 密封界面间微通道的形成机理22-24
• 2.2.2 密封界面间的分形接触模型24-27
• 2.2.3 各参数对界面孔隙体积的影响27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 密封界面的逾渗特性31-41
• 3.1 逾渗理论31-34
• 3.1.1 逾渗理论的基本概念31-32
• 3.1.2 孔隙介质的逾渗现象32-34
• 3.2 密封界面的逾渗机制34-40
• 3.2.1 密封界面三维逾渗模型34-37
• 3.2.2 密封界面的逾渗特性分析37-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 密封界面逾渗点尺寸的计算分析41-48
• 4.1 逾渗点尺寸的计算方法41-42
• 4.2 逾渗点尺寸的计算分析42-45
• 4.2.1 形貌参数对逾渗点尺寸的影响42-43
• 4.2.2 材料参数对逾渗点尺寸的影响43-44
• 4.2.3 工况参数对逾渗点尺寸的影响44-45
• 4.3 流体泄漏最小孔隙尺寸计算45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 密封界面的微通道模拟48-58
• 5.1 通道模型的建立48-50
• 5.1.1 UG/Open GRIP软件概述48-49
• 5.1.2 几何模型的建立49-50
• 5.2 通道模型的模拟分析50-54
• 5.2.1 FLUENT软件概述50-51
• 5.2.2 基本假设51
• 5.2.3 通道模拟的理论基础51-52
• 5.2.4 数值模拟计算过程52-54
• 5.3 通道模型的模拟结果分析54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 攻读学位期间发表的学术成果60-61
• 参考文献61-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 孙见君;顾伯勤;魏龙;冯秀;刘其和;;接触式机械密封寿命预测方法[J];化工学报;2008年12期

2 魏龙;刘其和;张鹏高;;基于分形理论的滑动摩擦表面接触力学模型[J];机械工程学报;2012年17期

3 吕兆兴;冯增朝;赵阳升;;孔隙介质三维逾渗机制数值模拟研究[J];岩石力学与工程学报;2007年S2期

4 梁正召;唐春安;唐世斌;徐涛;左宇军;;岩石损伤破坏过程中分形与逾渗演化特征[J];岩土工程学报;2007年09期

5 金守峰;宿月文;郭彩霞;;三维分形粗糙表面的修正接触模型[J];中国机械工程;2012年19期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王启立;石墨多孔介质成孔逾渗机理及渗透率研究[D];中国矿业大学;2011年

  本文关键词：接触式机械密封界面的逾渗机制及通道模拟，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：253035