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螺旋槽干气密封端面流场的数值模拟及参数研究

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1绪论

1.1螺旋槽干气密封的理论研究现状

1.2本课题研究的目的和意义

1.3本课题研究的主要内容

1.4目前研究的重点及发展趋势

1.5本章小结

2螺旋槽干气密封气膜分析的基础理论

2.1机械密封基础知识

2.2螺旋槽干气密封概念及基本原理

2.3螺旋槽干气密封数值分析的理论基础

2.4本章小结

3螺旋槽气体端面密封流场的数值模拟环境

3.1计算流体力学基本理论

3.2 Fluent软件简介

3.3螺旋槽干气密封端面流场数值计算过程

3.4计算结果分析

3.5本章小结

4密封参数对密封性能的影响

4.1主要密封性能参数的计算

4.2密封几何参数的影响

4.3密封工艺参数的影响

4.4槽形几何参数的优化设计

4.5本章小结

5主要结论和展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

作者攻读硕士期间发表论文情况

致谢

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摘要

螺旋槽干气密封作为一种非接触式并且能理论上达到“零泄漏”的新型密封,与其它密封相比,具有可靠性好、寿命长、环保、经济等优点,在石油化工领域的应用越来越广泛。 目前关于干气密封的研究也进行了大量的工作,然而目前大部分研究工作都是集中在将问题简化为二维模型进行分析气膜的流场,本论文的目的就是通过建立符合实际物理模型的三维螺旋槽气体密封的数学模型,对气体密封进行数值模拟研究。 本文在螺旋槽气体端面密封分析中,根据有限元分析原理,建立了假设条件下的数学模型,详细推导了气膜压力场的稳态控制方程,然后对控制方程进行离散,得到离散方程组,推导了气体端面密封一般的有限元分析方法。 基于近代计算流体力学CFD的快速发展,在综合国内外的大量文献资料的基础上,本文着重从计算流体力学CFD角度、从整个未简化的流体力学控制方程出发,基于有限体积法,采用Gambit对螺旋槽密封气膜的流场进行建模,划分网格,解决了微尺度和宏观尺度相结合而导致的网格划分的难点,并应用流体分析软件Fluent,求解模拟得到了气膜的流场,并与文献实验值相比较,得出了正确的气膜压力场,并对密封特性做了相应的理论分析。 在对螺旋槽密封端面流场进行正确分析的基础上,本文深入地对气体端面密封的稳态特性、密封参数对密封性能(主要是泄漏量和气膜刚度)的影响进行分析研究,并结合实例对螺旋槽干气密封端面槽形参数进行优化,以保证最低泄漏量的同时得到最大气膜刚度,从而为进一步的研究奠定基础。 总之,本文通过对螺旋槽气体端面密封特性的深入研究,为螺旋槽气体密封的工程设计及应用提供了理论支持,还为以后的动态、力变形和热变形等研究打下理论基础。

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