气液混膜润滑泵出型螺旋槽机械密封性能数值分析

发布时间：2017-05-30 22:10

  本文关键词：气液混膜润滑泵出型螺旋槽机械密封性能数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石油化工行业中存在着大量的易汽化、易燃易爆、剧毒性及高温液相介质泵，普通的机械密封无法满足密封要求。近年来，螺旋槽开在端面内径处的泵出型螺旋槽气膜密封开始获得应用，主要用于密封该类液相介质泵等设备，可实现被密封介质的零泄漏和零逸出。然而，当泵出型螺旋槽气膜密封的阻塞气压力低于设计压力时，液相介质可能会进入密封端面间隙，进而对流场和密封性能产生影响。 本文以泵出型螺旋槽机械密封端面间隙流体膜为研究对象，利用Fluent软件求解三维N-S方程，对密封端面间隙的流场进行数值模拟。首先，模拟泵出型螺旋槽机械密封端面间隙流体处于纯气相状态下的流动情况，得到流体动压效应下的压力分布、速度分布以及质点迹线；其次，利用VOF模型模拟液相介质进入泵出型螺旋槽机械密封端面间隙的流动情况，，此时流体膜处于气液两相状态且流动为非稳定流动，研究气液两相介质分布随时间的变化规律；再次，研究表面张力对气液两相流动过程的影响，主要以膜压、开启力、气液两相分布等参数作为判别依据；最后，求解被密封液相介质进入密封端面间隙的内径处阻塞气压力临界值，同时对阻塞气零压力时密封端面间隙两相流动进行分析。得出以下结论：液相介质和表面张力均能增强流体动压效应，增大气相介质流动阻力，降低泵送量；气液两相混合，改变了气液两相分布、压力分布、开启力等密封性能，并使得密封间隙流体流动状态有从层流向紊流发展的趋势；得出阻塞气压力临界值以及阻塞气零压力时被密封液相介质流进螺旋槽、流至内径边界处所需要的时间，为密封辅助系统的设计提供了数据支持。
【关键词】：泵出型 机械密封 气液混相润滑 流场 数值分析
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号表9-11
• 第一章 前言11-13
• 第二章 文献综述13-28
• 2.1 机械密封概述13-17
• 2.1.1 机械密封基本结构和工作原理13-14
• 2.1.2 机械密封基本形式14-17
• 2.2 螺旋槽机械密封17-22
• 2.2.1 螺旋槽机械密封结构及原理19-21
• 2.2.2 泵出型螺旋槽机械密封21-22
• 2.3 国内外研究现状22-27
• 2.3.1 机械密封流场研究现状22-25
• 2.3.2 微通道气液两相流动研究现状25-26
• 2.3.3 研究现状分析26-27
• 2.4 本文研究内容27-28
• 第三章 泵出型螺旋槽机械密封端面间隙模型28-42
• 3.1 理论基础28-30
• 3.1.1 物理模型28
• 3.1.2 数学模型28-30
• 3.2 软件介绍30
• 3.3 建立模型30-36
• 3.3.1 端面结构及参数设置30-32
• 3.3.2 模型建立及边界条件32-33
• 3.3.3 网格划分33-34
• 3.3.4 流体膜流动状态判断34-36
• 3.4 VOF 模型理论36-41
• 3.4.1 体积分数方程36-39
• 3.4.2 物性参数39
• 3.4.3 动量方程39-40
• 3.4.4 VOF 表面张力模型40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 纯气相流体膜数值模拟分析42-49
• 4.1 压力分布43-44
• 4.2 速度分布44-46
• 4.3 迹线分布46-47
• 4.4 端面剪切力分布47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 气液混相流体膜数值模拟分析49-75
• 5.1 气液界面表面张力判别49-51
• 5.2 不考虑表面张力的两相流动研究51-63
• 5.2.1 液相介质未进入螺旋槽时的流动研究51-56
• 5.2.2 液相介质进入螺旋槽时的流动研究56-63
• 5.3 考虑表面张力的两相流动研究63-74
• 5.3.1 液相介质未进入螺旋槽时的流动研究63-67
• 5.3.2 液相介质进入螺旋槽时的流动研究67-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 阻塞气临界压力求解与零压力流动分析75-79
• 6.1 阻塞气临界压力求解计算75
• 6.2 阻塞气零压力流动分析75-78
• 6.3 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果85-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗伟;;干气密封的工作原理及应用[J];广州化工;2009年05期

2 丁雪兴;张鹏高;黄义仿;郑劲;;螺旋槽干气密封微间隙流场的CFD数值模拟[J];化工机械;2008年05期

3 宋鹏云,陈匡民,董宗玉,吴旨玉;端面开槽机械密封技术研究进展[J];化工机械;1999年02期

4 王和顺;黄泽沛;王新霖;;干气密封端面气膜压力及开启力的数值模拟[J];过程工程学报;2007年05期

5 张国渊;袁小阳;赵伟刚;李治国;杨绍康;;螺旋槽端面密封脱开转速的理论及试验[J];机械工程学报;2008年08期

6 郝木明,胡丹梅,杨宝亮;泵用零逸出非接触式机械密封[J];流体机械;2002年09期

7 彭旭东;谭丽丽;盛颂恩;白少先;李纪云;;带内环槽的螺旋槽干式气体端面密封的静压性能[J];摩擦学学报;2008年06期

8 冯秀;;螺旋槽上游泵送机械密封摩擦特性试验研究[J];流体机械;2012年09期

9 张鹏高;冯秀;魏龙;刘其和;蒋李斌;;内、外螺旋槽型机械密封润滑液膜特性研究[J];机床与液压;2012年18期

10 彭旭东;刘坤;白少先;李纪云;盛颂恩;;典型螺旋槽端面干式气体密封动压开启性能[J];化工学报;2013年01期

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本文编号：408044