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搅拌反应器旋转轴磁流体密封性能研究

作　者: 陈方誉
导　师: 樊玉光
学　校: 西安石油大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 磁流体 密封 磁场分析 密封压差 自由边界
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


磁流体密封作为近年来一种新型的密封方式,具有零泄漏、无机械磨损、寿命长和自润滑的特点,能广泛应用于低压密封、旋转密封和一些隔尘密封中。针对搅拌反应器旋转轴密封要求高,润滑困难的特点,磁流体密封应用于反应器旋转轴密封的具有可行性。论文中用正交实验法,利用醇-水共热沉淀法来制备得到性能良好的二辛酯酯基纳米磁流体,其沉淀反应条件为：前升温的情况下,反应时间为20min,反应温度为60℃,Na0H的滴加速度为0.075ml/s;表面活性剂包覆反应条件为：油酸钠的滴加速度为0.05ml/s,反应温度为75℃,反应pH值为4。根据现有的研究,影响磁流体密封的主要因素为磁流体的密封间隙和磁场的强度,论文从磁流体密封的磁场入手,对磁场进行较深入的分析和研究。根据磁场的轴对称性,将三维磁场简化为轴对称的二维物理模型；通过有限元的方法,从电磁学的角度对环形永磁体所产生的磁场进行分析,用COMSOL Multiphysics软件建立模型,对磁场进行仿真计算；并在此基础上,对多种极齿激发的磁场进行分析,比较各不同结构极齿对磁场分布的影响；并根据磁流体静态密封的公式,分析四种极齿结构下磁流体的静密封性能,通过数值计算和磁场仿真结果,发现60°楔形极齿具有最好的聚磁性能和最优的密封性能。对磁流体密封结构的流体自由边界进行了研究。在静密封的状况下,由于磁流体本身相对磁导率小,其自由边界分布遵从于磁场的等磁线,因此在确定注入的磁流体量之后,静态密封下磁流体的自由边界可以随之确定；研究旋转动密封时,在离心力的作用,高压侧边界认为没有变化,而低压侧自由边界发生收缩,根据变步长迭代法来计算旋转动密封的自由边界,可以得到与理论分析一致的结果。论文中对环状永磁体磁场做了有限元数值分析,比较了多种形状结构极齿的密封性能,并分析了静密封和动态密封下低压侧自由边界变化,论文中的结论对磁流体密封失效的判断有一定的意义。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 磁流体密封的发展和研究现状  8-11
    1.1.1 磁流体密封的发展  8-9
    1.1.2 磁流体密封的主要应用  9-10
    1.1.3 磁流体密封的优点与不足  10-11
  1.2 搅拌反应器简介及密封研究现状  11-13
    1.2.1 搅拌反应器简介  11-12
    1.2.2 搅拌反应器密封的研究现状  12-13
  1.3 磁流体密封在搅拌反应器轴密封上的应用  13-14
  1.4 课题来源背景及意义  14
  1.5 本论文的研究内容及技术路线  14-16
    1.5.1 研究内容  14-15
    1.5.2 技术路线  15-16
第二章 磁流体的制备和参数  16-26
  2.1 磁流体及其制备方法介绍  16-18
    2.1.1 磁流体的构成和性质  16
    2.1.2 磁流体的制备方法  16-18
  2.2 磁流体制备实验  18-25
    2.2.1 实验制剂及设备  18
    2.2.2 纳米磁流体制备的原理  18-19
    2.2.3 表面活性剂的选择  19
    2.2.4 载液的选择  19
    2.2.5 纳米磁流体的制备过程  19-21
    2.2.6 纳米磁流体的制备正交试验的设计  21-24
    2.2.7 实验制得纳米磁流体的性能  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 磁流体密封磁场的数值计算  26-49
  3.1 磁流体密封原理  26
    3.1.1 磁流体的密封原理介绍  26
    3.1.2 磁流体密封的失效  26
  3.2 磁流体应用于搅拌轴密封磁场的特征  26-27
  3.3 磁场的有限元分析  27-36
    3.3.1 磁场计算的基础理论  27-28
    3.3.2 磁场计算的边值问题  28-36
  3.4 磁流体密封的磁场模型的建立  36-37
  3.5 磁流体密封磁场的COMSOL Multiphysics软件计算  37-48
    3.5.1 COMSOL Multiphysics软件简介  37-38
    3.5.2 COMSOL Multiphysics仿真求解步骤  38
    3.5.3 磁流体密封模型在COMSOL Multipyisics中的建立  38-40
    3.5.4 边界条件和求解域设定  40
    3.5.5 网格划分  40-42
    3.5.6 数值求解和后处理  42-48
  3.6 本章小结  48-49
第四章 磁流体密封结构承压能力分析  49-56
  4.1 磁流体密封压差分析  49-51
    4.1.1 磁流体密封的基本公式  49-50
    4.1.2 磁流体静密封压差公式  50-51
  4.2 磁场强度和不同磁极密封性能的分析  51-55
    4.2.1 不同形状极齿的磁场强度分析  51-53
    4.2.2 磁流体密封结构对密封性能的影响  53-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章 磁流体密封边界与磁场的关系  56-66
  5.1 静态密封下磁流体的密封自由边界  56-60
    5.1.1 静态密封下磁流体密封自由边界和磁场的关系  56
    5.1.2 静态密封下磁流体密封自由边界的数值拟合  56-60
  5.2 动态密封下磁流体的密封自由边界  60-65
    5.2.1 磁流体动密封边界理论依据  60-61
    5.2.2 动密封下磁流体边界迭代计算  61-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72-73
附录 磁流体边界计算步长迭代程序  73-76
详细摘要  76-83

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 密封技术
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