由于密封端面粗糙度在尺度上與密封間隙大小很接近,對間隙液膜流動特性和密封性能的影響已不可忽視。針對動壓型機械密封端面粗糙度影響的研究,存在密封端面表面粗糙度模擬難度較大等問題,特別是對于微造型端面間隙潤滑流體流動的模擬研究,其粗糙邊界的模擬尚處于探索之中。為此,本文以液體潤滑動壓型機械密封液膜為研究對象,開展密封端面表面粗糙度對液膜空化特性及密封性能影響機理的研究,以期為高性能密封的深入研究和開發(fā)提供理論參考依據(jù)。主要研究工作及結論如下:1、以上游泵送機械密封為例,提出了密封端面粗糙度的一種近似表征方法,建立了涉及表面粗糙度和間隙液膜空化的潤滑膜內(nèi)部流場計算模型,并驗證了計算模型的有效性。2、研究了表面粗糙度對上游泵送機械密封液膜空化特性及動壓效應的影響規(guī)律。研究表明:密封端面粗糙微元形成的微尺度臺階效應會產(chǎn)生微觀空化和動壓效應,使粗糙區(qū)形成微小的高、低壓交替壓力分布;動環(huán)端面開槽區(qū)粗糙時,粗糙微元使槽內(nèi)低壓區(qū)壓力得到一定的提升;粗糙微元的動壓效應隨轉速增大、槽區(qū)粗糙度增大而增強;槽區(qū)粗糙度對液膜空化具有一定的抑制作用。動環(huán)非槽區(qū)粗糙度使外槽根高壓區(qū)壓力提升并向槽區(qū)、堰區(qū)和壩區(qū)明顯拓展... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

機械密封示意圖

粗糙度對螺旋槽端面密封液膜空化及密封性能的影響8第二章表面粗糙度模擬及密封微間隙液膜流動建模為了研究密封端面粗糙度特別是粗糙程度較高的動壓槽粗糙度對密封微間隙流體流動特性及密封性能的影響規(guī)律，首先要解決粗糙度模擬和液膜流動模型的建立問題。對于形貌高度隨機的粗糙度表征問題，目前，雖然已有多種粗糙度模擬方法，但在涉及間隙流場數(shù)值計算時，隨機粗糙邊界的網(wǎng)格劃分問題難以解決，為此，本章將采取規(guī)則粗糙表面對隨機粗糙表面進行近似模擬，建立動壓型機械密封微間隙三維粗糙液膜流動計算模型，為后續(xù)液膜空化特性及密封性能的研究奠定基矗2.1液膜物理模型本文以螺旋槽上游泵送機械密封為例，由于螺旋槽的存在，整個動環(huán)端面被劃分為槽區(qū)、堰區(qū)和壩區(qū)。在密封運行過程中，端面間液膜的動壓力和靜壓力所構成的開啟力與閉合力達成平衡，另一方面，由流體泵送效應、動壓效應提供的端面高壓區(qū)將阻擋高壓側液體壓差流動，從而達到減少或消除密封泄漏的目的。密封端面螺旋槽造型如圖2.1所示，θg和θw分別表示槽區(qū)和堰區(qū)對應的圓周角。螺旋線的具體方程為：tanerri（2.1）式中，r和φ是螺旋線上對應點的坐標。圖2.1螺旋槽端面結構示意圖Fig.2.1Structuraldiagramofspiralgrooveendface螺旋槽造型端面密封的主要槽型參數(shù)有螺旋角α、槽深hc、槽徑比β以及槽寬比γ等。（1）螺旋角α螺旋角α是指在螺旋線上任意一點切線與該點極徑的垂直方向之間所夾的銳角。（2）槽深hc

?為了便于潤滑膜內(nèi)流場數(shù)值模擬計算，本文采取規(guī)則粗糙表面對隨機粗糙表面進行近似模擬，建立密封微間隙三維粗糙液膜流動計算模型。具體方法為：采用四方體粗糙微元近似表征實際的粗糙微元；然后，利用ICEM軟件對流體計算域進行網(wǎng)格劃分，由于液膜的軸向和徑向的尺度相差很大，故先借助Pro-E繪制帶螺旋槽表面，再利用ICEM對涉及粗糙微元和螺旋槽的表面進行網(wǎng)格劃分；最后，運用網(wǎng)格拉伸的方法完成具有近似粗糙邊界的液膜網(wǎng)格劃分。采用規(guī)則粗糙微元表征實際粗糙微元必然涉及規(guī)則粗糙微元的劃分數(shù)目問題，對此說明如下：如圖2.2所示，以動環(huán)開槽區(qū)端面粗糙模擬為例，將螺旋槽背風側曲線沿周向順時針旋轉復制N條，考慮到螺旋線長度與槽周向弧長比較接近，故槽內(nèi)徑側邊界圓弧線也沿徑向復制N條，從而將螺旋底面劃分為N*N個細小近似粗糙微元，以粗糙微元的高度來表征實際粗糙度的標準差大小，從而獲得近似的螺旋槽底粗糙表面。圖2.2粗糙微元劃分及其結構示意圖Fig.2.2Roughmicroelementdivisionanditsstructurediagram由于微觀結構的復雜性以及表面徑向、周向與間隙方向在尺度上的跨度較大，所以采用以下方法進行網(wǎng)格生成：利用ICEM對微元織構面進行分組定義，再將這一系列微元織構面生成面網(wǎng)格，最后基于ICEM的面網(wǎng)格拉伸功能，將間隙液膜、槽區(qū)液膜、粗糙微元液膜分別拉伸三層、四層、三層，進而生成帶有規(guī)則粗糙微元的液膜物理模型，這保證了網(wǎng)格的一致性。


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