机械密封腔内流场及摩擦副温度场性能研究

发布时间：2020-05-12 09:35

【摘要】： 随着工业的高速发展,高温、高压、高速的工作状况使机械密封摩擦副端面温升过高,易造成密封环的非正常磨损、热裂、变形及端面间液膜汽化等问题,导致密封迅速失效。因此,对摩擦副温度场的研究非常重要。然而密封腔内流体的流动与密封环传热密切相关,所以研究时应同时计算密封腔内流场和摩擦副温度场,找出相互影响规律。本文应用计算流体力学软件(CFD)对密封腔内流场及摩擦副温度场进行了数值计算,选取整个密封腔内及摩擦副端面间隙内的流体为研究对象,通过求解三维N-S方程,得到整个密封腔的流场,具体分析了流体从进入密封腔到抵达摩擦副端面间隙的整个流动过程,得到了腔内流体的压力分布、速度矢量分布、质点轨迹、涡量分布等;然后求解能量方程,得到了密封腔和摩擦副端面温度分布以及端面温升的影响因素。文章还对比分析了接触式机械密封与螺旋槽机械密封的端面温度分布及温升影响因素。本文对密封腔及摩擦副端面间隙内流体同时建立三维模型,网格划分实现了从宏观尺度到微观尺度的过渡,并借助商用软件成熟的可视化功能,对整个密封腔内流体的流动与传热进行模拟,效果直观,便于观察流动的形成与发展以及传热过程,找出端面温升的主要影响因素,为密封结构及性能的优化设计提供依据,为后续密封环的变形计算奠定基础。
【图文】：

中国石油大学（华东）硕士学位论文使用的一些密封（如迷宫式、蜂窝式和机械端面密封）的缺陷。手指密封的大部分特征类似于刷式密封，所不同的是手指密封的提升能力大些，能实现非接触运转，，允许轴向、径向偏差，减小磨损，从而相对于迷宫密封和刷式密封寿命更长。这种密封在 NASAGlenn 研究中心已得到成功的应用测试。

中国石油大学（华东）硕士学位论文02 年，Braun 等[39]又将计算流体力学应用于一种新型刷式密封——手指密封，建立 N-S 方程的三维模型（如图 2-2 所示），可计算力学、热传导及动态性能。其中包体单元模型和流体动压模型。前者用有限元法来模拟刚度计算压力分布，后者模拟的流体动态提升效果和泄漏量，借助于可视化计算软件 CFD-ACE+可看到密封内的模拟效果。
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH136

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