机械密封端面压力场/温度场数值模拟及实验研究

发布时间：2022-02-22 16:16

　　机械密封作为一种普遍应用的密封技术,在许多场合中密封各种流体,尤其在石油石化领域中应用最为广泛,是各类机泵和其它旋转设备中流体密封不可缺少的零部件。机械密封在运行状态下,端面间存在着极薄的（微米级）液体润滑膜,这层极薄的液膜流动状态影响机械密封端面的流场分布·在操作参数改变的情况下,液膜流动状态会随之改变并会引起泄漏量的变化及端面温升等问题,这对机械密封性能影响很大。本文以常用的接触式机械密封动静环端面间隙液膜为研究对象,对间隙液膜压力场、温度场进行了研究。首先本文采用CFD软件FLUENT的前处理建模软件GAMBIT建立了液膜三维模型,并进行网格划分。在设定合理的边界条件之后,模型导入FLUENT中对不同工况条件下液膜流场进行了数值模拟计算,并指出计算中需要注意的问题,计算得到端面液膜的压力分布、速度分布、温度分布、液膜受力及泄漏量等并分析了操作参数动静环端面内外压差、转速改变对密封性能的影响规律。其次,本文利用机械密封实验台,对间隙液膜进行多点温度,压力测量,得到温度和压力分布,最后将得到的数据和数值模拟值进行了比较分析,验证了数值模拟的准确性并找出实验值与数值模拟值存在差别的原因... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 机械密封特性
        1.1.1 典型机械密封结构
        1.1.2 机械密封端面液膜特性
    1.2 机械密封端面液膜压力场及温度场研究现状
        1.2.1 实验测量技术研究进展
        1.2.2 经验公式法
        1.2.3 利用 CFD 软件数值模拟研究
    1.3 课题的研究内容
    1.4 技术路线
    1.5 课题的创新点
第二章 机械密封端面流动理论基础
    2.1 计算流体力学（CFD）概述
        2.1.1 CFD 理论
        2.1.2 CFD 三种数值方法
        2.1.3 速度与压力耦合的几种算法
        2.1.4 FLUENT 软件的选用
    2.2 液膜流动基本流动方程
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量守恒方程(Navier-Stokes 方程)
        2.2.3 能量方程
        2.2.4 控制方程
第三章 机械密封端面液膜压力场数值模拟
    3.1 理论模型
        3.1.1 流动状态判断
        3.1.2 基本假设
        3.1.3 参数设置
    3.2 网格划分
        3.2.1 网格质量检查
        3.2.2 网格无关性验证
        3.2.3 边界条件设置
    3.3 FLUENT 中对模型的求解
        3.3.1 网格文件的读入及单位设定
        3.3.2 设置求解器及流动模型
        3.3.3 材料物性设定
        3.3.4 边界条件的设定
        3.3.5 求解器的参数设定及迭代
    3.4 液膜流场计算结果分析
        3.4.1 液膜压力分布
        3.4.2 液膜速度分布
        3.4.3 液膜受力计算
        3.4.4 泄漏量计算
    3.5 不同工况参数下液膜压力场模拟结果
        3.5.1 定压差变转速液膜压力场模拟结果
        3.5.2 定转速变压差液膜压力场模拟结果
    3.6 机械密封尺寸对模拟结果的影响
    3.7 操作参数对密封性能的影响
        3.7.1 转速对密封性能的影响
        3.7.2 压差对密封性能的影响
    3.8 密封性能参数的相互影响
    3.9 本章小结
第四章 机械密封摩擦副及端面液膜温度场研究
    4.1 机械密封的热量衡算
    4.2 端面温度理论计算
    4.3 传热分析
        4.3.1 热边界条件
        4.3.2 对流换热系数计算
    4.4 模型建立及网格划分
        4.4.1 基本假设
        4.4.2 结构参数及模型
        4.4.3 网格划分
    4.5 机械密封温度场数值计算
        4.5.1 密封环材料及密封介质物性
        4.5.2 边界条件设置
    4.6 温度场计算结果分析
        4.6.1 迭代计算结果
        4.6.2 网格无关性验证
        4.6.3 温度场分布
        4.6.4 操作参数对温度场影响规律
    4.7 本章小结
第五章 机械密封性能实验研究
    5.1 实验目的
    5.2 机械密封实验台的建立
        5.2.1 实验台组成
        5.2.2 实验参数测量
    5.3 实验过程
        5.3.1 实验条件
        5.3.2 实验准备
        5.3.3 实验步骤
    5.4 实验结果与分析
        5.4.1 定压差变转速实验结果分析
        5.4.2 定转速变压差实验结果分析
        5.4.3 实验数据与模拟数据对比分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
详细摘要


【参考文献】：
期刊论文
[1]机械密封端面液膜分析[J]. 俞龙海,朱坤祥.  流体机械. 2010(09)
[2]新型动静压混合润滑机械密封流场数值研究[J]. 王彬,郝木明.  润滑与密封. 2009(07)
[3]机械密封密封腔的流场及温度场[J]. 孙泽刚,黄文权.  排灌机械. 2009(03)
[4]机械密封环温度场数值模拟分析[J]. 钟汝琳.  机械. 2008(04)
[5]机械密封端面间液膜摩擦热的传热规律[J]. 顾伯勤,周剑锋,陈晔,孙见君.  中国科学（E辑:技术科学）. 2008(01)
[6]机械密封腔内流场及摩擦副温度场的数值计算[J]. 张明明,郝木明.  石油化工设备技术. 2008(01)
[7]机械密封温度问题研究方法综述[J]. 单晓亮,胡欲立.  流体机械. 2006(08)
[8]机械密封环温度场及密封腔内流场分析[J]. 钟汝琳,陈次昌,关剑峰.  四川工业学院学报. 2004(S1)
[9]机械密封的发展历程与研究动向[J]. 孙见君,魏龙,顾伯勤.  润滑与密封. 2004(04)
[10]机械密封技术的新进展[J]. 顾永泉.  石油化工设备. 1997(05)

博士论文
[1]机械密封中的热流体动力效应研究[D]. 周剑锋.南京工业大学 2006



本文编号：3639805