静压干气密封端面流场数值模拟及其参数优化

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动压型干气密封在主轴转速较高的压缩机和泵中利用流体动压力得到较大的开启力和气膜刚度,以螺旋槽干气密封为典型的应用非常成功。而在反应釜等低转速的搅拌类机器中,动压干气密封运行的稳定性难以保证。静压干气密封适合低速旋转机器的一种新型密封结构,随着研究的深入,将应用到更多的旋转机器中。   本文从计算流体力学角度出发,用SolidWorks软件建立四种不同节流孔径的静压干气密封三维几何模型,并运用Gambit软件对四种模型分别进行了网格划分。利用Fluent软件对端面流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量、气膜开启力等密封性能参数数值,并分析不同膜厚对其密封性能参数的影响规律,得到膜厚的最佳值。与此同时,进一步通过Fluent计算出气膜开启力,得出气膜厚度与开启力的关系,最后计算并分析了刚度与气膜厚度的关系,获得最佳的结构参数值。主要研究内容和结论如下:   1.应用SolidWorks软件建立静压干气密封的三维几何模型,用Gambit软件对模型进行划分网格,Fluent软件对静压干气密封端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到了流场的压力分布、速度分布以及泄漏量。   2.在对静压干气密封端面间特定工况下,通过改变气膜厚度再次模拟,得到了不同参数下流场所对应的压力分布,速度分布及泄漏量,并分析了在同一槽深的情况下,气膜厚度对静压干气密封性能的影响。   3.静压干气密封运行的稳定性和可靠性主要取决于密封面产生的气膜刚度的大小,由此,气膜刚度对静压干气密封稳定性有重要意义,本文利用Fluent软件对相同特定工况下六种不同膜厚的静压干气密封流场分别进行了数值模拟,得到了压力分布,获得了气膜推力,再运用最小二乘法则拟合得到气膜推力关于气膜厚度的解析式,最后求得气膜刚度。
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