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直线槽动压式密封的三维数值模拟

作　者: 田春雨
导　师: 张秋翔
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 直线槽动压密封有限体积法三维数值计算
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

直线槽动压密封具有可靠性好,寿命长,环保,经济等优点,在核电和航天航空等领域的已经得到应用。目前关于直线槽密封的研究很少。而且,几乎没有文献报道对直线槽液膜内流场分析及密封环的位移变化和应力分布。本论文的目的就是通过建立三维直线槽密封的数学模型,对密封进行数值模拟,从而为进一步的研究奠定基础。本文着重从流体力学控制方程出发,基于有限体积法,采用FLUENT软件对直线槽密封液膜的流场进行模拟,得到了液膜的流场,并对密封特性做了理论分析。本文使用有限元软件ANSYS,对密封环的变形和应力进行了研究,验证了周向波度理论和径向锥度理论在此种直线槽上的正确性。总之,本文通过对直线槽动压密封特性的研究,讨论了直线槽密封几何参数和工作参数对密封性能的影响,为直线槽密封的工程设计及应用提供理论支持,还为以后的动态、力变形和热变形等研究打下了理论基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-22
  1.1 前人研究的成果  14-17
    1.1.1 摩擦副表面特征的流体动压密封研究  14-15
    1.1.2 端面改型的流体动压密封研究  15-16
    1.1.3 流体动压密封的热影响  16-17
  1.2 直线槽动压密封的基本结构和密封机理  17-20
    1.2.1 直线槽动压密封的基本结构  17-18
    1.2.2 深槽密封机理  18-20
  1.3 论文研究的目的和意义  20-21
  1.4 论文的主要研究内容  21-22
第二章计算流体力学的理论基础  22-32
  2.1 计算流体力学概述  22-23
  2.2 控制微分方程  23-24
    2.2.1 连续性方程  23
    2.2.2 动量守恒方程  23-24
    2.2.3 控制方程的通用形式  24
  2.3 有限体积法简介  24-25
  2.4 求解动量方程的速度与压力的耦合  25-27
    2.4.1 求解中的关键问题  26
    2.4.2 压力修正方法SIMPLE算法  26-27
    2.4.3 SIMPLIEC算法  27
  2.5 对流-扩散方程的离散格式  27-32
    2.5.1 对流项离散格式的重要性  27-28
    2.5.2 构造对流项离散格式的方式  28-29
    2.5.3 对流项的一阶迎风格式  29
    2.5.4 对流项的二阶迎风格式  29-32
第三章直线槽动压密封液膜场的数值分析  32-62
  3.1 FlUENT0软件介绍  32-33
  3.2 数值模拟计算过程  33-45
    3.2.1 基本假设  33-34
    3.2.2 几何模型  34-35
    3.2.3 划分网格  35-39
    3.2.4 FLUENT求解器设定  39-45
  3.3 液膜密封特性的计算  45-46
    3.3.1 闭合力及开启力  45
    3.3.2 液膜刚度  45-46
    3.3.3 泄漏量  46
  3.4 算例的验证和分析  46-53
    3.4.1 承载力和泄漏量的比较  48-49
    3.4.2 第一级密封的计算收敛情况和模拟结果  49-52
    3.4.3 单级密封单独承受最大压力极限值  52-53
  3.5 密封参数对密封性能的影响  53-60
    3.5.1 密封几何参数的影响  53-58
    3.5.2 密封工作参数的影响  58-60
  3.6 本章结论  60-62
第四章直线槽动压密封环的受力分析  62-80
  4.1 有限元及有限元软件  62-65
    4.1.1 有限元法  62-63
    4.1.2 有限元分析的基本架构  63-64
    4.1.3 有限元软件ANSYS介绍  64-65
  4.2 主要几何尺寸和材料参数  65-66
  4.3 单位选择  66-69
    4.3.1 Planel83二维面单元  66-67
    4.3.2 SOLID45 3-D结构实体单元  67
    4.3.3 Solid185和Solid95三维实体单元  67-68
    4.3.4 Targe169和Targe170目标单元及Conta172和Conta174接触单元  68-69
  4.4 建立模型和求解  69-71
    4.4.1 建立模型  69
    4.4.2 划分网格  69-70
    4.4.3 加载受力  70-71
    4.4.4 加载约束  71
  4.5 外压15MPa，内压9MPa下的计算结果和分析  71-75
    4.5.1 静环位移的结果和分析  71-73
    4.5.2 静环应力的结果和分析  73-75
  4.6 外压15.5MPa，内压0.1MPa下的计算结果和分析  75-78
    4.6.1 静环位移的结果和分析  75-76
    4.6.2 静环应力的结果和分析  76-78
  4.7 两种压力下结果对比  78
  4.8 考虑径向锥度和未考虑径向锥度的结果对比  78-79
  4.9 本章结论  79-80
第五章结论及有待研究的问题  80-82
  5.1 主要结论  80
  5.2 有待研究的问题  80-82
参考文献  82-84
致谢  84-86
攻读学位期间发表的学术论文  86-88
作者和导师简介  88-89
附件  89-90

直线槽动压式密封的三维数值模拟

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