本文關鍵詞：螺旋槽干氣密封端面氣膜熱效應研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：螺旋槽干氣密封在運轉過程中,端面氣膜因黏性剪切和壓縮膨脹等會導致其溫度發(fā)生變化。過高的氣膜溫度以及過大的溫度梯度會導致密封環(huán)熱變形、密封運行失穩(wěn)、泄漏率增大、氣膜剛度減小等問題,嚴重時可能導致密封失效。本文對螺旋槽干氣密封的端面氣膜熱效應進行研究。對于氣膜的黏性剪切熱,提出了一種考慮螺旋槽槽深影響的密封端面摩擦力矩的簡化計算方法,并與其他算法進行比較。在密封工作間隙常見的3μm～5μm范圍內,該方法具有足夠的計算精度。利用薩特蘭方程和理想氣體過程方程修正Muijderman建立的螺旋槽可壓縮流體的壓力控制方程,進一步求解得到了氣體在流經端面時單純因壓縮和膨脹導致的溫度變化規(guī)律。結果表明：隨著多變指數(shù)m的增加,相同半徑位置的氣膜壓力降低,但降低幅度不大。對于氣體從進口流到出口的整個過程,若氣體受到壓縮導致氣膜壓力高于進口壓力Po,則氣體溫度高于進口溫度,且m越大,溫度越高；若氣體因膨脹導致壓力低于Po,則氣體溫度逐漸下降,且m越大,溫度下降越迅速。分別利用最小二乘法擬合得到氣膜黏性剪切熱和膨脹吸收熱隨膜厚變化的表達式,暫不考慮氣膜與密封環(huán)之間的熱量傳遞,聯(lián)立兩式得到熱量平衡時的膜厚hp。結果表明：hp一般在2.5～4.5μm之間。hp隨轉速、熱量傳遞系數(shù)的增大而逐漸增大：隨槽深、槽寬壩寬比的增大而逐漸減小。利用Fluent分別對理想氣體和實際氣體2種情況下端面氣膜的流動與傳熱進行數(shù)值模擬,結果表明：氣膜溫度沿徑向和周向均發(fā)生變化,螺旋槽內靠近外徑處的氣體溫度較低。隨著膜厚h的增加,氣膜的高溫區(qū)由臺區(qū)逐漸轉移到密封壩區(qū)。h越大,氣膜溫度越低。轉速n對溫度的影響明顯,n越大,氣膜溫度越高。而隨著po的增加,氣體泄漏率St逐漸增大,通過泄漏氣體帶走的熱量相應增加,氣膜溫度相應降低。在壓力不超過4.6 MPa研究范圍內,空氣、N2實際氣體與理想氣體的密封性能基本相同,而CO2實際氣體的開啟力和泄漏率大于理想氣體結果,H2實際氣體開啟力和泄漏率則略微小于理想氣體結果。實際氣體效應對于氣密封的泄漏率影響較大,對開啟力的影響不大。
【關鍵詞】：螺旋槽干氣密封 熱效應 溫度場 實際氣體 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH136
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 干氣密封基本介紹10-11
• 1.2 干氣密封性能研究進展11-15
• 1.2.1 理論研究11-12
• 1.2.2 數(shù)值計算12-15
• 1.3 干氣密封溫度場研究狀況15-16
• 1.4 本文研究意義、內容及方法16-18
• 1.4.1 研究意義16
• 1.4.2 研究內容16
• 1.4.3 研究方法16-18
• 第二章 密封端面間氣膜熱量產生機制18-33
• 2.1 螺旋槽干氣密封的基本結構和工作原理18-20
• 2.2 干氣密封的主要性能參數(shù)20-21
• 2.3 影響螺旋槽干氣密封性能的主要因素21-23
• 2.3.1 結構參數(shù)21-22
• 2.3.2 操作條件22-23
• 2.4 端面摩擦力矩的解析計算23-29
• 2.4.1 當量間隙簡化算法23-25
• 2.4.2 其他常見的解析算法25-29
• 2.5 計算方法比較與分析29-31
• 2.5.1 單列螺旋槽干氣密封摩擦力矩比較29-30
• 2.5.2 雙列螺旋槽干氣密封摩擦力矩比較30-31
• 2.6 端面氣膜的黏性剪切熱31-32
• 2.7 本章小結32-33
• 第三章 密封端面間氣膜的熱力過程和熱量平衡分析33-47
• 3.1 考慮多變指數(shù)影響的氣膜壓力控制方程33-35
• 3.2 端面氣膜的熱力過程35-36
• 3.2.1 基本假設35-36
• 3.2.2 氣體因壓縮和膨脹導致的溫度變化方程36
• 3.3 實例計算與討論36-41
• 3.3.1 多變指數(shù)對氣膜壓力分布的影響37-38
• 3.3.2 多變指數(shù)對氣膜開啟力的影響38-39
• 3.3.3 多變指數(shù)對氣膜溫度分布的影響39-41
• 3.3.4 多變指數(shù)對氣體泄漏率的影響41
• 3.4 氣體因膨脹吸收的熱量計算41-42
• 3.5 熱量平衡膜厚42-43
• 3.6 不同參數(shù)對熱量平衡膜厚的影響43-46
• 3.6.1 旋轉角速度的影響44
• 3.6.2 槽深的影響44-45
• 3.6.3 槽寬壩寬比的影響45
• 3.6.4 熱量傳遞系數(shù)的影響45-46
• 3.7 本章小結46-47
• 第四章 端面氣膜熱效應的數(shù)值模擬47-69
• 4.1 計算流體動力學與Fluent軟件介紹47-48
• 4.2 氣膜的基本控制方程48-50
• 4.3 基本假設50-51
• 4.4 Fluent求解過程51-54
• 4.4.1 基于Creo的實體建模51-52
• 4.4.2 網(wǎng)格劃分與獨立性檢驗52-53
• 4.4.3 邊界條件設置53-54
• 4.4.4 模型選取和計算方法54
• 4.5 端面氣膜溫度場的數(shù)值分析54-61
• 4.5.1 模擬結果驗證55-57
• 4.5.2 氣膜溫度場分布57-58
• 4.5.3 轉速對溫度場的影響58-59
• 4.5.4 密封氣體壓力對溫度場的影響59-61
• 4.6 端面摩擦力矩的數(shù)值計算61-62
• 4.7 實際氣體效應對密封性能的影響62-68
• 4.7.1 實際氣體狀態(tài)方程62-63
• 4.7.2 空氣實際氣體效應的影響63-64
• 4.7.3 CO_2實際氣體效應的影響64-65
• 4.7.4 H_2實際氣體效應的影響65-67
• 4.7.5 N_2實際氣體效應的影響67-68
• 4.8 本章小結68-69
• 第五章 結論與展望69-71
• 5.1 結論69-70
• 5.2 展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-78
• 附錄：攻讀碩士學位期間取得的科研成果78

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：螺旋槽干氣密封端面氣膜熱效應研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：261440