【摘要】：随着航空涡轮发动机性能的不断提高,使密封件所处的工作条件日趋恶劣,由于密封零部件失效所导致航空发动机故障的情况时有发生,流体动压指尖密封等先进密封技术的相关研究工作就是在这种工程背景上发展起来的。与宏观尺度下的流动系统不同,随着泄漏间隙的不断减少,表面流动效应成为了影响流体动压指尖密封流场性能的主要因素,在以往的研究中并未考虑气体在流体动压指尖密封泄漏通道内的表面流动效应,而这种效应会对设计结果产生影响,因此开展对流体动压指尖密封的流场模型分析,并且考虑表面流动效应的理论研究,对设计高性能的流体动压指尖密封及其工程应用具有重要的意义。为此,本文通过构建出流体动压指尖密封的结构模型和流场模型,在气体泄漏通道内考虑了表面流动效应对流体动压指尖密封性能的影响,其中主要探讨研究壁面滑移效应和密封转子上加工出表面织构对流体动压指尖密封性能参数的影响。本文首先介绍了流体动压指尖密封的结构特点、密封原理及存在问题,着重分析了流体动压指尖密封的设计流程,结构约束条件和流场边界条件的设置,并且在ANSYS Workbench的CFX模块中进行了流固耦合分析。通过分析流体动压指尖密封泄漏通道内气体运动的性质特点,结合指尖密封的实际工作状况,确定出泄漏通道内气体所处的流动区域。对传统的Navier-Stokes方程进行了简化并且加入了壁面滑移边界条件,通过对比和无滑移状态下的气体运动,探索出了耦合多因素作用下气体运动的滑移行为规律。之后,本文设计出密封转子上加工有表面织构的结构模型和流场模型,计算结果说明在密封转子上加工出表面织构能够起到更加充分耗散泄漏气体动能的目的,从而有效地阻滞泄漏通道内气体的运动,使其密封效果显著增加。最后,与外文文献试验中模型的对比,构建出圆弧型线流体动压指尖密封的结构模型和转子上加工有表面织构的流场模型,对比了流体动压指尖密封在不同压差工况下的单位时间泄漏率,从而客观验证了本文理论设计的可行性。通过本文对流体动压指尖密封泄漏气体运动状态的相关研究工作,证明了当考虑表面流动效应对流体动压指尖密封有着不可忽略的作用,主要表现为壁面滑移和表面织构对泄漏气体运动的影响分析。其中,由于壁面滑移效应的存在,会使流场中气膜承载力降低,同时泄漏率增大,而表面织构能够起到耗散泄漏气体动能的目的,提高了流场中气膜承载力,从而减少密封泄漏率。因此,本文所提出的考虑表面流动效应的流体动压指尖密封性能研究分析以及初步的计算分析结果,对流体动压指尖密封的后续研究工作和工程应用具有重要的意义。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136
【参考文献】
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本文编号：
2762554
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