液氧涡轮泵变腔室长度迷宫密封特性研究

发布时间：2017-09-27 21:06

  本文关键词：液氧涡轮泵变腔室长度迷宫密封特性研究

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【摘要】：迷宫密封被广泛应用于火箭发动机、航空发动机、压缩机等透平涡轮机械当中,其优良性能已经被证明在提高转子转速方面能够起到非常重要的作用。目前,对迷宫密封技术的研究,在建立泄漏计算模型和密封流体激励力计算模型方面已经取得了许多富有成效的技术成果。然而,现阶段对迷宫密封的研究仍存在不足之处,例如泄漏计算模型和密封流体激励力计算模型普遍存在通用性较差,只在某些特定条件下才适用或满足精度要求,并且这些模型在一定程度上都做了许多简化假设,因而难以准确描述密封流场结构。随着计算机的高速发展和计算流体力学(CFD)的逐步发展,CFD密封流场模拟被广泛应用于迷宫密封特性研究领域。基于CFD密封流场模拟方法可以直接用于密封流场分析而不需要做过多的假设因而能够更准确地描述密封流场的流动状况,并且具有更好的计算精度。本文利用FLUENT软件深入对迷宫密封流场进行分析,研究迷宫密封的泄漏特性,基于动网格技术求解其动力学系数,并提出一种变腔室长度结构迷宫密封的设计方向。本文首先建立迷宫密封三维流场模型,详细分析了边界条件的设置和网格的划分。其次研究了迷宫密封的泄漏特性,从密封间隙、偏心率、转子转速、入口压强等方面对迷宫密封流场的速度分布、压强分布、转子受力情况及泄漏量的影响进行了细致的分析,进一步深入了解流体激励力产生机理,为研究迷宫密封的动力学特性奠定了基础。接着研究了迷宫密封的动力学特性,利用基于动网格的瞬态计算方法获得了偏心率、密封间隙、转子转速和入口压强对迷宫密封的动力学特性的影响规律。最后,在此基础上,通过对变密封腔长度结构对迷宫密封的泄漏特性和动力学特性的影响研究,提出了优化迷宫密封的泄漏特性并改善其动力学特性的变密封腔室长度结构模型。
【关键词】：液氧涡轮泵 迷宫密封 泄漏特性 动力学特性 动网格 变腔室长度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 物理量名称及符号表9-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 迷宫密封泄漏特性研究进展11-16
• 1.3 迷宫密封动力学特性研究进展16-18
• 1.4 CFD方法在迷宫密封中的应用进展18-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 液氧涡轮泵迷宫密封建模及动力系数计算方法20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 数值计算方法20-23
• 2.2.1 k-ε 湍流模型21-22
• 2.2.2 壁面函数22-23
• 2.3 计算模型的建立23-28
• 2.3.1 二维模型结构的建立及网格划分24-26
• 2.3.2 三维模型结构的建立及网格划分26-28
• 2.4 迷宫密封动力学系数计算方法28-33
• 2.4.1 密封动力学计算模型28-29
• 2.4.2 基于旋转坐标系的稳态计算方法29-30
• 2.4.3 基于动网格技术的瞬态计算方法30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 液氧涡轮泵迷宫密封泄漏特性及转子受力分析34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 液氧迷宫密封基本流场分析34-37
• 3.2.1 流场压强分布34-35
• 3.2.2 流场速度分布35-36
• 3.2.3 迷宫密封泄漏特性分析36-37
• 3.3 密封间隙对密封流场的影响37-40
• 3.3.1 密封间隙对速度分布的影响38-39
• 3.3.2 密封间隙对压强分布的影响39-40
• 3.3.3 密封间隙对泄漏量的影响40
• 3.4 偏心率对密封流场的影响40-44
• 3.4.1 偏心率对速度分布的影响41-42
• 3.4.2 偏心率对压强分布的影响42
• 3.4.3 偏心率对转子的受力影响42-43
• 3.4.4 偏心率对泄漏量的影响43-44
• 3.5 转速对密封流场的影响44-48
• 3.5.1 转速对压强分布的影响45-46
• 3.5.2 转速对转子的受力影响46-47
• 3.5.3 转速对泄漏量的影响47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 基于动网格技术的液氧涡轮泵迷宫密封动力学特性分析50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 有效刚度和有效阻尼50-51
• 4.3 偏心率对动力学系数的影响51-55
• 4.3.1 偏心率对刚度的影响52-53
• 4.3.2 偏心率对阻尼的影响53-54
• 4.3.3 偏心率对有效刚度的影响54
• 4.3.4 偏心率对有效阻尼的影响54-55
• 4.4 间隙对动力学系数的影响55-58
• 4.4.1 间隙对刚度的影响56
• 4.4.2 间隙对阻尼的影响56-57
• 4.4.3 间隙对有效刚度的影响57-58
• 4.4.4 间隙对有效阻尼的影响58
• 4.5 转速对动力学系数的影响58-61
• 4.5.1 转速对刚度的影响59
• 4.5.2 转速对阻尼的影响59-60
• 4.5.3 转速对有效刚度的影响60-61
• 4.5.4 转速对有效阻尼的影响61
• 4.6 入口压强对动力学系数的影响61-64
• 4.6.1 入口压强对刚度的影响62
• 4.6.2 入口压强对阻尼的影响62-63
• 4.6.3 入口压强对有效刚度的影响63
• 4.6.4 入口压强对有效阻尼的影响63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第5章 变腔室长度液氧迷宫密封特性研究66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 密封齿数对液氧迷宫密封特性影响66-73
• 5.2.1 密封齿数对泄漏特性的影响66-70
• 5.2.2 密封齿数对动力学特性影响70-73
• 5.3 变腔室长度密封泄漏特性分析73-75
• 5.3.1 变腔室长度密封模型73-74
• 5.3.2 泄漏特性74-75
• 5.4 变腔室长度密封动力学特性分析75-79
• 5.4.1 刚度比较76-77
• 5.4.2 阻尼比较77-78
• 5.4.3 有效刚度比较78
• 5.4.4 有效阻尼比较78-79
• 5.5 本章小结79-81
• 结论81-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果88-90
• 致谢90

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本文编号：931871