学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
泵用机械密封工作环境及其改善方法研究
作 者: 赵龙
导 师: 宋鹏云
学 校: 昆明理工大学
专 业: 化工过程机械
关键词: 机械密封 密封腔 数值模拟 流场 温度场 两相流
分类号: TH136
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 102次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
机械密封因其性能优良被广泛应用于各个领域中,但机械密封正常运转受到工作环境的影响,如流体含有固体颗粒会对机械密封产生磨粒磨损;密封腔内流体循环差,导致散热性能差,使机械密封过热等,都会导致其过早失效。基于上述情况,本论文使用CFD (Computational Fluid Dynamics)技术,对普通工况下的机械密封及其工作环境进行了数值模拟,对影响机械密封正常运转的因素进行了研究,并探讨了改善机械密封操作环境的方法。本文对不同尺寸机械密封腔的流场、温度场等进行了较为广泛的模拟,包括对普通机械密封腔、带冲洗水孔情况下的密封腔和锥形密封腔。此外还对影响机械密封性能的因素进行了考虑,包括转速、密封腔间隙、冲洗水流量等。本文的主要工作和结论如下:(1)通过对流场的模拟发现,在普通密封腔下,靠近密封底面附近,轴向速度很小,这将不利于静环与密封底面部分区域的散热,也会造成杂质的聚集,对于所研究的密封腔,大约在半径R=24mm及R=29mm处轴向速度较大,流场以半径R=26.5mm的地方对称,整个流场被一个大的漩涡包围,流体从沿着密封腔壁面旋转着流向底面,然后沿轴组件的外壁流回。周向速度从密封环表面的线速度,在很短的距离(不到。2mm)就降到一个较低的水平上,温度场模拟显示普通密封腔散热不好。(2)转速和密封腔间隙都会对流场产生很大影响,高转速情况下,机械密封的运行环境较差,适当增大间隙,可以增大流场轴向速度和径向速度,对散热和排除固体颗粒是有利的,这将改善机械密封的操作环境。(3)通过对温度场的模拟可以看到,动环温度梯度比较小,只在密封端面附近温度梯度较大,静环温度梯度相对比较大,空气侧温度比流体侧温度高,最高温度在密封端面的空气侧,在普通机械密封腔下,针对所研究的机械密封,其最高温度约为327 K(54℃),在带冲洗水情况下,最高温度约为313K(40℃),比普通腔降低了约14K(14℃),在锥形腔下,最高温度为322 K(49℃),带冲洗水情况和锥形情况下传热环境得到了改善。(4)通过对固液两相流情况下的数值模拟,发现同一密度、浓度下,直径小的颗粒在轴组件附近分布较高,直径大的颗粒在腔壁附近分布较高,原因是大直径的固体颗粒受到的离心力较大。直径为0.5mm的颗粒,在普通腔情况下,最高体积浓度为52.7%,说明这种颗粒聚集比较严重,在带冲洗水情况下,最高体积浓度为45%,在锥形腔情况下,最高体积浓度为36.4%,说明在带冲洗水情况和锥形腔下比普通腔排除固体颗粒要好。同一直径、密度下,固体颗粒的体积百分含量越高,颗粒聚集就越严重。同一直径、浓度下,在靠近机械密封处,密度越高,固体颗粒百分含量越低,而在壁面处,密度越高,固体颗粒百分含量越高,这主要是因为离心力的影响。(5)带冲洗的机械密封腔有较好的操作环境,通过模拟可以看到,轴向速度和径向速度都变大了,不管是散热还是固体颗粒的排除,都有一个很好的效果,但是冲洗设备比较繁杂,增加了成本。(6)锥形腔本身具有自冲洗的功能,对散热很有利,对固体颗粒的排除也有很好的效果,这对机械密封的正常运转是非常有利的,相比较而言,锥形腔下机械密封的运行环境得到了改善。
|
全文目录
摘要 3-5 Abstract 5-7 目录 7-9 主要符号说明 9-11 第一章 绪论 11-22 1.1 机械密封工作环境 11-15 1.2 国内外研究现状及发展趋势 15-20 1.3 研究内容及意义 20-21 本章小结 21-22 第二章 机械密封腔流场数值模拟模型 22-36 2.1 CFD概述 22 2.2 流体动力学控制方程 22-26 2.3 流体运动控制方程的数值离散 26-28 2.4 湍流模型 28-33 2.5 欧拉模型 33-34 本章小结 34-36 第三章 机械密封腔流场数值模拟方法及验证 36-44 3.1 稳态数值模拟 36-40 3.1.1 假设条件及简化 36 3.1.2 计算步骤 36 3.1.3 建立几何模型 36-37 3.1.4 网格的划分 37-38 3.1.5 流场的计算 38-39 3.1.6 数据的后处理 39-40 3.2 Phillips试验模型 40-43 本章小结 43-44 第四章 机械密封温度场及其工作环境流场数值模拟 44-74 4.1 机械密封腔流场的数值模拟 44-66 4.1.1 数值模拟相关计算 44-47 4.1.2 普通机械密封腔流场 47-60 4.1.3 冲水机械密封腔流场 60-63 4.1.4 锥形机械密封腔流场 63-66 4.2 机械密封温度场的数值模拟 66-73 4.2.1 普通机械密封温度场 66-69 4.2.2 冲水机械密封温度场 69-71 4.2.3 锥形机械密封温度场 71-73 本章小结 73-74 第五章 机械密封腔固液两相流数值模拟及密封工作环境改善方法… 74-93 5.1 对机械密封腔固液两相流的模拟 74-90 5.1.1 不同固体颗粒直径时机械密封工作环境 74-83 5.1.2 不同固体颗粒体积含量时机械密封工作环境 83-85 5.1.3 不同固体颗粒密度时机械密封工作环境 85-86 5.1.4 固液两相下的机械密封及其环境的温度场 86-90 5.2 机械密封工作环境改善方法研究 90-92 5.2.1 对密封腔间隙的讨论 90 5.2.2 对带冲水密封腔的讨论 90-91 5.2.3 对锥形腔结构的讨论 91-92 本章小结 92-93 第六章 结论与展望 93-95 6.1 结论 93-94 6.2 展望 94-95 致谢 95-96 参考文献 96-99 附录A:在读硕士期间发表的论文目录 99
|
相似论文
- LNG系统中工作压力设定依据与换热器正交试验设计,TQ051.5
- 高强度钢板冲压件回弹的研究,TG386
- 筒形件可控径向加压充液拉深数值模拟与实验研究,TG386
- 硬质合金与钢连接工艺及机理研究,TG454
- 基于温度变化的润滑脂对接触疲劳寿命影响的研究,TH117.22
- 具有非对称端壁的涡轮叶栅气膜冷却数值研究,V231.3
- 比例式气液两相高温燃料流量调节阀的研究,V233.2
- 复杂形体的高速气动对流及耦合换热研究,V215.4
- 轨道交通引起周围环境竖向振动的振源特性分析,U211.3
- 碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析与分缝设计研究,TV642.2
- 混凝土高拱坝三维非线性有限元坝肩稳定分析研究,TV642.4
- 循环流化床内颗粒聚团的传热特性研究,TK124
- 生物质直接再燃的数值模拟,TK16
- 高温分离器布置对循环流化床锅炉炉内动力场影响的研究,TK229.66
- 670t/h四角切圆锅炉炉内煤粉燃烧过程的数值模拟,TK224.11
- 1000MW超超临界褐煤锅炉炉内燃烧过程的数值模拟,TK224.11
- 喷动床内气固两相流动特性的研究,TK173
- 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场的试验研究及数值模拟,TK223.23
- 中心回燃式燃烧室燃烧特性研究,TK223.21
- 迷宫式汽封和薄叶式汽封的数值模拟与对比分析,TK263.2
- 熔融碳酸盐燃料电池内流动过程数值分析,TM911.4
中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 其他机械元件
© 2012 www.xueweilunwen.com
|