發(fā)布時間：2017-04-25 14:09

  本文關鍵詞：干氣密封端面氣膜的數(shù)值模擬及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：干氣密封即非接觸式機械密封。雖然是在機械密封之后衍生出來，但是和機械密封相比，可以減少磨損、減少能耗、減少維修量、更重要的是可以減少泄漏量。在提高安全性能的同時，也在一定程度上提高了產量。因而，現(xiàn)在已經迅猛發(fā)展，尤其是在石油化工方面起到了很重要的作用。但是，干氣密封的技術研究起源于國外，國內研究相對滯后，而且，國內對于干氣密封的研究軟件模擬多于實驗研究。因而，國內干氣密封的研究還需要做出更多的努力。 和機械密封相比，干氣密封的結構變化不大，只是動、靜密封環(huán)的尺寸比較寬，而且干氣密封的密封環(huán)上有一定形狀的流體淺壓槽。比如螺旋槽、T形槽、弧形槽、人字形槽、矩形槽等，本文的實驗選用的是螺旋槽。主要研究的是螺旋槽的幾何參數(shù)和工況參數(shù)對密封效果的影響。 本文采用實驗研究和數(shù)值模擬相結合的方法來研究干氣密封氣膜的特性，在實驗階段采用的是西安石油大學的雙端面集裝式干氣密封試驗臺，選取幾何參數(shù)固定的動靜密封環(huán)，以氮氣為密封介質，改變轉速和壓力，通過測量相應泄漏量和功率的改變，研究轉速和壓力對干氣密封性能的影響。試驗結果表明：隨著轉速和壓力的增加泄漏量和功耗逐漸增加，同時隨著轉速的增加，密封端面逐漸打開，在速度達到2500rpm左右時形成穩(wěn)定的氣膜，此時摩擦扭矩最小，接著隨著轉速的增加，由于氣體粘滯力的作用，摩擦扭矩有所增加。 在數(shù)值模擬階段，用SolidWorks建立干氣密封三維幾何模型，用Gambit對模型網格劃分，用Fluent對特定工況下，對干氣密封進行數(shù)值模擬，，分別模擬出干氣密封端面氣膜的壓力、速度分布，還有干氣密封系統(tǒng)的泄漏量等參數(shù)。將模擬的結果再與實驗的結果相比較，分析誤差原因，得到最優(yōu)化參數(shù)，槽數(shù)應在10-18之間，螺旋角應該在60o到75o之間，槽長壩長比應在0.4到0.55之間，槽臺寬比應該在0.4到0.7之間。利用這些參數(shù)更好的指導干氣密封技術的發(fā)展。
【關鍵詞】：干氣密封 氣膜 壓力場 溫度場 數(shù)值模擬 實驗研究
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH136
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 干氣密封的基本特性9-14
• 1.1.1 干氣密封結構9-10
• 1.1.2 干氣密封工作原理10-14
• 1.2 干氣密封國內外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國內干氣密封研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國外干氣密封研究現(xiàn)狀16
• 1.3 課題的來源和研究內容16-17
• 1.4 課題的技術路線17-18
• 1.5 研究的創(chuàng)新點18-19
• 第二章 干氣密封端面氣膜研究的理論基礎19-30
• 2.1 計算流體力學基本概念19-26
• 2.1.1 計算流體力學基本思想19-20
• 2.1.2 計算流體力學的三種離散方法20-23
• 2.1.3 FLUENT 軟件的介紹23-26
• 2.2 氣膜流動的計算方程26-30
• 2.2.1 斯托克斯方程（N-S 方程）27
• 2.2.2 連續(xù)性方程27-29
• 2.2.3 狀態(tài)方程29-30
• 第三章 干氣密封端面氣膜流場的數(shù)值模擬30-47
• 3.1 建立氣膜幾何模型30-32
• 3.1.1 流動狀態(tài)和連續(xù)性的判別31-32
• 3.1.2 基本假設32
• 3.1.3 參數(shù)的設置32
• 3.2 網格劃分32-34
• 3.2.1 進行網格的劃分32-33
• 3.2.2 邊界條件的設定33-34
• 3.3 FLUENT 求解34-35
• 3.3.1 參數(shù)的設定和網格文件的讀入34
• 3.3.2 設定邊界條件34
• 3.3.3 設定求解器參數(shù)34
• 3.3.4 初始化流場和迭代34-35
• 3.4 計算結果分析35-37
• 3.4.1 氣膜壓力分布36-37
• 3.4.2 氣膜速度分布37
• 3.5 單一參數(shù)變量時數(shù)值模擬37-41
• 3.5.1 僅改變轉速時數(shù)值模擬38-40
• 3.5.2 僅改變壓力時數(shù)值模擬40-41
• 3.6 工藝參數(shù)對密封性能的影響41-43
• 3.6.1 壓差對密封性能的影響41-42
• 3.6.2 轉速對密封性能的影響42-43
• 3.7 幾何參數(shù)對密封性能的影響43-46
• 3.8 本章小結46-47
• 第四章 干氣密封端面氣膜的實驗研究47-65
• 4.1 實驗目的47
• 4.2 干氣密封實驗臺的建立47-49
• 4.2.1 實驗臺的組成48-49
• 4.2.2 實驗參數(shù)的設定49
• 4.3 實驗過程49-52
• 4.3.1 實驗條件51
• 4.3.2 實驗準備51
• 4.3.3 實驗步驟51-52
• 4.4 實驗結果與分析52-64
• 4.4.1 僅改變壓力時實驗結果的分析52-58
• 4.4.2 僅改變轉速時實驗結果的分析58-63
• 4.4.3 實驗結果和模擬結果的比較分析63-64
• 4.5 本章小結64-65
• 第五章 結論與展望65-67
• 5.1 結論65
• 5.2 展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-70
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文70-71
• 詳細摘要71-85

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本文編號：326451