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【6h】

激光加工多孔端面气体密封数值分析

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第1章 绪论

1.1课题来源

1.2国内外研究现状

1.2.1 LL-LST-MS的国内外研究现状

1.2.2 GL-LST-MS的国内外研究现状

1.2.3干气密封的国内外研究现状

1.3研究意义及研究内容

1.3.1研究意义

1.3.2研究内容

第2章 GL-LST-MS的理论分析模型

2.1 GL-LST-MS的数学模型

2.1.1 Reynolds方程的推导

2.1.2 Reynolds方程应用于GL-LST-MS的润滑计算

2.2 GL-LST-MS的物理模型

2.2.1 GL-LST-MS的几何参数和物理参数

2.2.2 GL-LST-MS的性能参数

2.3 GL-LST-MS理论分析模型的无量纲化

2.3.1 Reynolds方程的无量纲化

2.3.2 GL-LST-MS几何参数和物理参数的无量纲形式

2.3.3 GL-LST-MS性能参数的无量纲形式

2.4 Revnolds方程的有限元解法

2.4.1 Reynolds方程的有限元离散

2.4.2单元形式的选择

2.4.3 Petrov-Galerkin法

2.4.4有限元方程组的求解

2.5本章小结

第3章 流体静压型GL-LST-MS的性能研究与优化设计

3.1引言

3.2理论分析模型

3.3计算结果与优化设计

3.3.1计算参数的选择

3.3.2 GL-LST-MS典型压力分布图

3.3.3面积密度Sp对GL-LST-MS性能的影响

3.3.4径向开孔比γ对GL-LST-MS性能的影响

3.3.5无量纲孔深ε对GL-LST-MS性能的影响

3.3.6微孔深径比δ对GL-LST-MS性能的影响

3.3.7密封压力Ps对GL-LST-MS性能的影响

3.3.8 GL-LST-MS的优化设计准则

3.3.9 GL-LST-MS的优化设计

3.4讨论与小结

3.4.1理论分析模型的适用性

3.4.2本章小结

第4章 流体动压型GL-LST-MS的性能研究与优化设计

4.1引言

4.2理论分析模型

4.3计算结果与优化设计

4.3.1计算参数的选择

4.3.2 GL-LST-MS典型压力分布图

4.3.3面积密度Sp对GL-LST-MS性能的影响

4.3.4径向开孔比γ对GL-LST-MS性能的影响

4.3.5周向开孔比β对GL-LST-MS性能的影响

4.3.6无量纲孔深ε对GL-LST-MS性能的影响

4.3.7密封压缩数Λ对GL-LST-MS性能的影响

4.3.8密封压力Ps对GL-LST-MS性能的影响

4.3.9流体动压型GL-LST-MS的优化设计准则

4.3.10流体动压型GL-LST-MS的优化设计

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1主要完成的工作

5.2主要结论

5.3创新点

5.4建议

参考文献

附录1主要符号表

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果

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摘要

激光加工多孔端面机械密封(Laser Surface Textured Mechanical Seal,简称LST-MS)是近年来出现的一种新型密封,它具有优异的密封性能和端面润滑(耐磨)特性,能够有效地改善机械密封的运行状况。本文对气体润滑LST-MS(Gas Lubricated LST-MS,简称GL-LST-MS)进行研究。系统分析并归纳了稳态GL-LST-MS的几何、物理和性能参数;针对正方形微孔型面的GL-LST-MS,建立了数学模型和物理模型,分别针对流体静压型GL-LST-MS和流体动压型GL-LST-MS,采用迭代法并结合Petrov-Galerkin有限元离散法求解Reynolds方程,获得了端面的开启力、开启力增幅、气膜刚度、泄漏量、开漏比和刚漏比等参数,研究了微孔面积密度、径向开孔比、周向开孔比、无量纲微孔深度等几何参数以及密封压缩数和密封压力等操作参数对GL-LST-MS开启特性、稳定性和密封性的影响规律;提出了GL-LST-MS端面微孔几何结构参数的优化设计准则,即在保证气体密封具有足够稳定性的前提下,尽可能提高密封的开启力,减小泄漏量。基于该优化准则,在不同的工况条件下,分别以最大气膜刚度和最大刚漏比为优化目标,对GL-LST-MS端面微孔几何结构进行了优化设计。研究结果完善了,GL-LST-MS的设计理论和方法,对GL-LST-MS的选型、制造和使用具有一定的指导意义。

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