本文關鍵詞：波度端面機械密封有限元數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：錐度端面加工有周向波度(Wavy-Tilt-Dam,縮寫為WTD)的機械密封為非接觸式機械密封形式的一種,被廣泛應用于潛艇艉軸密封等高壓、高轉(zhuǎn)速場合,其端面特有的周向波度和徑向錐度能夠產(chǎn)生流體動壓效應和靜壓效應。在實際運行過程中,由于受極端工況條件的影響,例如密封端面間潤滑液膜受粘性剪切作用使得密封環(huán)溫度上升,進而影響密封性能等,因此開展波度密封的理論設計具有十分重要的工程意義。首先,本文基于流體潤滑理論,考慮流量連續(xù)的JFO空化邊界條件,建立了WTD二維分析模型,采用SUPG有限單元法求解Reynolds方程,計算出相關密封性能參數(shù)(開啟力、泄漏率、摩擦系數(shù)、液膜剛度)并與Lebeck文獻進行對比分析,驗證了本文計算方法的正確性。在獲得潤滑液膜壓力分布的基礎上,研究了操作參數(shù)和幾何參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明當動環(huán)轉(zhuǎn)速較低時,WTD密封以流體靜壓效應為主;當轉(zhuǎn)速較大時(發(fā)生空化作用),密封動壓效應占主導。其次,考慮WTD密封端面的粘性生熱和潤滑液膜與密封環(huán)之間的熱傳導作用,建立了包括密封環(huán)和液膜在內(nèi)的流固熱三維耦合模型,求解了雷諾方程、熱傳導方程和能量方程,研究了液膜膜厚、波數(shù)、波幅、壩寬比、轉(zhuǎn)速及密封壓力等參數(shù)對密封環(huán)溫度場和液膜溫度場分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明:波度的存在對密封端面起到了冷卻作用;密封環(huán)溫度和液膜溫度隨著膜厚、波幅增大而降低,隨轉(zhuǎn)速、壩寬比增大而升高,波數(shù)和密封壓力對端面溫度的影響不大。最后,在獲得潤滑液膜壓力分布和溫度場分布的基礎上,比較端面熱流體動力潤滑和不考慮熱效應流體動力潤滑的密封性能。結(jié)果表明:轉(zhuǎn)速越大,熱效應對密封性能影響越顯著;并且熱效應不能改變潤滑液膜壓力場分布形式,但會降低最大液膜壓力,減弱端面液膜的空化程度。
【關鍵詞】：波度密封 有限單元法 空化 雷諾方程 熱效應
【學位授予單位】：浙江工業(yè)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
• 符號說明10-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 課題背景、目的及意義12-13
• 1.2 波度端面機械密封（WTD）研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 波度端面機械密封概述13
• 1.2.2 波度端面機械密封研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 機械密封空化模型的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 機械密封溫度場的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本論文的研究目標和研究內(nèi)容17-19
• 1.3.1 研究目標17
• 1.3.2 研究內(nèi)容17-19
• 第2章 WTD機械密封的數(shù)學模型與分析方法19-27
• 2.1 基本幾何結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 物理模型20-22
• 2.2.1 端面間液膜控制方程20-21
• 2.2.2 邊界條件21-22
• 2.3 數(shù)值方法22-26
• 2.3.1 有限元法要點22
• 2.3.2 等效積分的“弱”形式22-23
• 2.3.3 程序計算流程23
• 2.3.4 程序驗證23-25
• 2.3.5 密封性能參數(shù)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于質(zhì)量守恒的WTD穩(wěn)態(tài)密封性能研究27-43
• 3.1 操作參數(shù)對密封性能的影響27-33
• 3.1.1 轉(zhuǎn)速27-31
• 3.1.2 密封壓力31-33
• 3.2 幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響33-42
• 3.2.1 波數(shù)33-36
• 3.2.2 基礎膜厚36-38
• 3.2.3 波幅38-40
• 3.2.4 壩寬比40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 WTD機械密封熱流體動力潤滑分析43-61
• 4.1 幾何模型43
• 4.2 物理模型43-47
• 4.2.1 廣義Reynolds方程44
• 4.2.2 粘溫方程44
• 4.2.3 能量方程44-45
• 4.2.4 熱傳導方程45
• 4.2.5 平均潤滑液膜速度45-46
• 4.2.6 對流換熱系數(shù)46
• 4.2.7 控制方程的邊界條件46-47
• 4.3 數(shù)值計算方法47-49
• 4.4 程序計算流程49
• 4.5 機理分析49-58
• 4.5.1 HD和THD膜壓分布比較51-53
• 4.5.2 液膜平均溫度場和動靜環(huán)溫度場分布53-54
• 4.5.3 操作參數(shù)對液膜和靜環(huán)溫度場分布的影響54-55
• 4.5.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對液膜和靜環(huán)溫度場分布的影響55-57
• 4.5.5 密封材料對端面溫度的影響57-58
• 4.5.6 對流換熱系數(shù)對端面溫度的影響58
• 4.6 熱流體動壓潤滑與流體動壓潤滑密封性能比較58-60
• 4.6.1 動環(huán)轉(zhuǎn)速對密封性能影響比較58-59
• 4.6.2 密封壓力對密封性能影響比較59-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 主要完成的工作61
• 5.2 結(jié)論61-62
• 5.3 創(chuàng)新點62
• 5.4 展望62-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-68
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 朱漢華;劉正林;嚴新平;范世東;;水深變化對船用機械密封端面變形的影響[J];潤滑與密封;2008年04期

  本文關鍵詞：波度端面機械密封有限元數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：349094