【摘要】：激光加工微孔端面機(jī)械密封是一種新型密封,它是在普通機(jī)械密封的端面上加工出微米級的小坑孔,能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸,具有良好的潤滑性能和密封性能。然而,目前對激光加工微孔端面機(jī)械密封的CFD數(shù)值模擬研究少有文獻(xiàn)報道。 本文通過Pro ENGINEER軟件建立微孔端面間液膜的三維立體模型,采用Fluent軟件對微孔端面間特定工況下的內(nèi)部微間隙三維流場進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得在給定工況下流場的壓力分布、速度分布以及泄漏量等密封性能參數(shù)數(shù)值,并分析不同微孔深徑比ε和三種不同類型微孔對其密封性能參數(shù)的影響規(guī)律,得到微孔深徑比ε的最佳值和微孔類型的最佳選擇。與此同時,進(jìn)一步通過FLUENT計算出液膜開啟力,得出液膜厚度與開啟力的關(guān)系,最后計算并分析了剛度與液膜厚度的關(guān)系,獲得最佳的微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)值。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下: 1.應(yīng)用Pro ENGINEER軟件建立微孔端面間液膜的三維立體模型,根據(jù)假設(shè),一個孔欄上的液膜壓力分布可表征整個密封面上的液膜壓力。Gambit軟件對模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格,Fluent軟件對微孔端面間特定工況下的內(nèi)部微間隙三維流場進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了流場的壓力分布、速度分布以及泄漏量。 2.在對微孔端面間特定工況下,通過改變微孔深徑比ε再次模擬,得到了不同參數(shù)下流場所對應(yīng)的壓力分布,速度分布及泄漏量,并分析了在同一液膜厚度的情況下,微孔深徑比ε對端面機(jī)械密封性能的影響。 3.應(yīng)用Pro ENGINEER軟件分別建立了柱形面,錐形面,球缺形三種不同類型微孔端面間液膜的三維立體模型,在特定工況下,Fluent軟件對微孔端面間的內(nèi)部微間隙三維流場進(jìn)行數(shù)值模擬,由此得到了三種流場的壓力分布、速度分布以及泄漏量,并分析了在同一液膜厚度的情況下,同一微孔深徑比ε情況下三種不同型面微孔對端面機(jī)械密封性能的影響,得出最佳微孔類型。 4.通過FLUENT計算出液膜開啟力,得出液膜厚度與開啟力的關(guān)系,最后計算并分析了剛度與液膜厚度的關(guān)系,結(jié)果表明:密封開啟力和液膜剛度隨著非孔區(qū)膜厚增大而下降,在較大的膜厚范圍內(nèi)均有較大的開啟力和液膜剛度,這對密封的穩(wěn)定操作是非常有利的。
[Abstract]:Laser machining of micro-hole end face mechanical seal is a new type of seal. It is a micro-sized pit hole on the end face of ordinary mechanical seal, which can realize non-contact, and has good lubricating performance and sealing performance. However, there are few literatures on the CFD numerical simulation of the mechanical seal of micro-hole in laser machining. In this paper, the three-dimensional model of the liquid film between the end surfaces of the microholes is established by Pro ENGINEER software, and the three-dimensional flow field of the internal micro-gap is numerically simulated by using the Fluent software to obtain the pressure distribution of the flow field under the given working conditions. The sealing performance parameters such as velocity distribution and leakage amount are calculated. The effects of different depth / diameter ratios of micropores and three different types of micropores on sealing performance parameters are analyzed. The optimum value of depth to diameter ratio 蔚 of micropores and the optimum selection of micropore types are obtained. At the same time, the liquid film opening force is calculated by FLUENT, and the relationship between the film thickness and the opening force is obtained. Finally, the relationship between the stiffness and the liquid film thickness is calculated and analyzed, and the optimum micropore structure parameters are obtained. The main contents and conclusions are as follows: 1. The three-dimensional model of liquid film between microporous end surfaces was established by using Pro ENGINEER software. The liquid membrane pressure distribution on a hole column can represent the liquid membrane pressure on the whole sealing surface. Gambit software is used to mesh the model and the fluent software simulates the three-dimensional flow field of the internal microgap under specific working conditions between the end surfaces of the microholes. The pressure distribution, velocity distribution and leakage volume of the flow field are obtained. The pressure distribution, velocity distribution and leakage amount corresponding to the flow place under different parameters are obtained by changing the ratio of depth to diameter of the microhole under specific conditions between the end surfaces of the micropore, and the pressure distribution, the velocity distribution and the leakage amount are obtained by changing the ratio of depth to diameter of the micropore, and the case of the same liquid film thickness is analyzed. The effect of microhole depth to diameter ratio on the mechanical seal performance of end face. 3. The three-dimensional models of liquid film between cylindrical, conical and spherical surfaces are established by using Pro ENGINEER software. The numerical simulation of the three-dimensional flow field between the end surfaces of micropores is carried out by fluent software under specific working conditions, and the results are as follows: (1) in this paper, three dimensional models of the liquid film between the different types of micropore end surfaces are established by using the Pro ENGINEER software, and the numerical simulation is carried out by fluent software. The pressure distribution, velocity distribution and leakage volume of three kinds of flow fields are obtained, and the effect of three different microholes on the mechanical seal performance of the end face under the same film thickness and the same hole depth to diameter ratio 蔚 is analyzed. The optimum micropore type was obtained. 4. The relationship between the film thickness and the opening force is obtained by FLUENT. Finally, the relationship between the stiffness and the liquid film thickness is calculated and analyzed. The results show that the sealing opening force and the liquid film stiffness decrease with the increase of the film thickness in the non-porous zone. In the larger film thickness range, there is a large opening force and liquid film stiffness, which is very beneficial to the stable operation of the seal.
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH136

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本文編號：2183474