新型矿用排水泵迷宫密封结构优化研究

发布时间：2017-06-08 21:09

  本文关键词：新型矿用排水泵迷宫密封结构优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：迷宫密封是用迷宫式曲折通道阻制流体泄漏的动密封,对其研究方向的不断扩展和研究内容的不断深入促使迷宫密封的技术越来越成熟,在各类透平机械中得到广泛的应用。本文在查阅大量国内外相关文献的基础上,介绍了迷宫密封的基本工作原理和影响泄漏量的各因素的研究现状,指出各种研究迷宫密封泄漏量的黑箱方法虽然颇有成效,但只有深入分析流体在迷宫流场中的流动本质才是减少迷宫泄漏量的根本出发点。鉴于电子计算机技术的迅猛发展,借助CFD (Computational Fluid Dynamics)软件对迷宫密封内部流场进行计算流体动力学分析不仅可以克服试验研究和热力学分析的缺陷,而且可以降低研发成本,缩减产品开发周期,因此本文运用计算流体动力学分析方法对新型矿用排水泵的迷宫密封进行以下研究： 1.简述计算流体动力学的基本原理及其对应CFD软件中的各个设置原则,结合多级排水泵的实验分析结果,将原本光滑的入口段口环内壁面改为迷宫密封,应用Pro/Engineer构建其内部流场区域模型,并详述在HyperMesh中采用边界层网格对模型进行了网格划分的过程。 2.通过ANSYS FLUENT进行数值仿真计算,获取离心泵迷宫密封内部流动特征,清晰呈现迷宫间隙和空腔处能量转换和消耗过程,运用仿真结果分析结构尺寸与形状对迷宫泄漏量的影响,总结出有利于提升密封性能的各结构变化趋势。 3.将仿真计算的结果与相应的三维模型分析结果进行比较,通过对比验证二维模型的优化方案,并在此基础上计算轴径混合迷宫的泄漏量,进一步剖析复杂迷宫密封的内部流动情况,找到适用于多级离心泵的迷宫密封结构。 通过应用CFD软件对离心泵迷宫内部流场进行模拟仿真计算,深入了解迷宫密封内部流场区域的能量转换过程,得出其最佳密封结构,在理论及工程应用上有着重要的意义,也为新型矿用排水泵迷宫密封的优化设计提供参考。
【关键词】：迷宫密封 CFD 数值模拟 湍动能
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136;TH38
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 迷宫密封概述10-11
• 1.3 迷宫密封工作机理11
• 1.3.1 水力摩阻效应11
• 1.3.2 流束收缩效应11
• 1.3.3 越载效应(透气效应、直通效应)11
• 1.4 迷宫密封类型11-12
• 1.5 泄漏量的计算方法12-13
• 1.6 密封性能影响因素的研究现状13-14
• 1.7 研究流程14-15
• 本章小结15-16
• 第二章 计算流体动力学基本理论16-29
• 2.1 计算流体动力学概述16
• 2.2 流体动力学控制方程16-18
• 2.2.1 质量守恒方程16
• 2.2.2 动量守恒方程16-17
• 2.2.3 能量守恒方程17
• 2.2.4 控制方程的通用形式17-18
• 2.3 湍流模型18-23
• 2.3.1 湍流基本方程18-20
• 2.3.2 Reynolds平均法20-21
• 2.3.3 标准k-ε两方程模型21-23
• 2.3.4 壁面函数法23
• 2.4 离散化23-25
• 2.4.1 离散化方法24
• 2.4.2 常用离散格式24-25
• 2.5 流场数值计算方法25-28
• 本章小结28-29
• 第三章 离心泵迷宫密封内部流场数值模拟29-38
• 3.1 初步建模29-31
• 3.2 网格划分31-33
• 3.2.1 二维自动网格生成31-32
• 3.2.2 边界层划分32-33
• 3.3 模拟分析参数设置33-36
• 3.3.1 求解器及运行环境的选择33
• 3.3.2 计算模型的选择33-34
• 3.3.3 边界条件的选择34-35
• 3.3.4 控制求解参数的调试35-36
• 3.3.5 初始化流场36
• 3.4 收敛监测36-37
• 本章小结37-38
• 第四章 矩型齿迷宫密封38-53
• 4.1 齿尖部尺寸对泄漏量的影响38-44
• 4.1.1 间隙宽度38-41
• 4.1.2 齿宽41-43
• 4.1.3 齿尖磨损43-44
• 4.2 空腔部尺寸对泄漏量的影响44-49
• 4.2.1 空腔宽度44-45
• 4.2.2 空腔个数/齿数45-47
• 4.2.3 空腔高度/齿高47-49
• 4.3 错列式迷宫密封49-52
• 本章小结52-53
• 第五章 异型齿迷宫密封53-69
• 5.1 空腔部形状对泄漏量的影响53-62
• 5.1.1 单边梯形齿53-54
• 5.1.2 斜齿54-56
• 5.1.3 弧线型空腔56-61
• 5.1.4 圆角空腔61-62
• 5.2 齿尖部形状对泄漏量的影响62-68
• 5.2.1 斜齿尖62-64
• 5.2.2 弧线齿尖64-68
• 本章小结68-69
• 第六章 离心泵口环密封结构优选及验证69-76
• 6.1 入口段口环密封结构优选69-70
• 6.2 建模与网格划分70-72
• 6.3 模拟仿真计算与结果分析72-75
• 6.3.1 对比离心泵二维模型计算结果72-73
• 6.3.2 轴径混合迷宫73-75
• 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 参考文献78-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文80-81
• 致谢81

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