螺旋密封性能数值分析与参数优化

摘要

螺旋密封是一种非接触的动密封，是二十一世纪才迅猛发展起来的一种新型密封技术。这种密封方法可以用在气体或流体的密封，在高温、流体中含有颗粒、具有腐蚀或润滑性差的流体下工作都是有效的。近十年来，螺旋密封越来越受到人们的重视，已经在一些高端领域得到了广泛的应用。
　　目前，由于螺旋密封应用的工况比较复杂，影响其工作的效果的参数有很多，鉴于这些原因，本文主要进行了以下研究:
　　首先在对螺旋密封的工作原理和形成各流量的机理进行研究的基础上，提出了当流体域泵送的流量大于等于压差产生的泄漏流量时，螺旋密封结构就起到了密封的作用。在理论分析的基础上，对螺旋密封方程做了数值模拟，用理论和仿真相结合的方法分析了密封介质的流动种类和运动方程，建立了泵送流量和泄漏流量的模型，推导出封液能力公式，并对螺旋密封结构的参数进行了优化设计，得出最佳螺旋密封结构参数，为层流条件下螺旋密封结构参数的选择提供了参考。最后，根据螺旋密封流体域的初始参数建立三维模型，运用CFD-Fluent软件分别对螺旋的正反转、泵送流动和泄漏流动进行了数值模拟。在此基础上，采用单一变量法，分别研究了在旋转速度、动力粘度、密封长度、间隙、槽深、相对槽宽和螺纹升角变化时，螺旋密封封液能力的变化规律，验证理论分析和封液公式的合理性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究的背景和意义

1．2 国外现状

1．3 国内现状

1．4 课题研究内容

第2章 螺旋密封的工作原理

2．1 螺旋密封的工作原理

2．1．1 螺旋密封泵送方向的确定

2．2 螺旋密封的流量分析

2．2．1 形成各流量的机理

2．2．2 流量平衡的原理

2．2．3 截面变化处的流量

2．3 螺旋密封液体流态

2．3．1 两种流态

2．3．2 雷诺数

2．3．3 螺旋密封的螺纹段流态的判定

2．4 螺旋密封基本参数

2．4．1 螺旋密封的结构参数

2．4．2 螺旋密封的工况参数

2．5 本章小结

第3章 螺旋密封方程的数值模拟

3．1 螺旋密封介质的性质

3．1．1 螺旋密封介质的流动类型

3．1．2 螺旋密封介质的运动方程

3．2 螺旋密封封液能力的求解

3．2．1 泵送流量建模

3．2．2 泄漏流量建模

3．2．3 封液能力公式的建立

3．3 螺旋密封结构的参数优化

3．4 本章小结

第4章 螺旋密封的数值模拟

4．1 CFD概述

4．2 CFD解决问题的步骤

4．2．1 前处理

4．2．2 求解

4．2．3 后处理

4．3 螺旋密封流体域的初始参数

4．4 螺旋密封流体域三维模型的建立

4．5 螺旋密封流体域网格生成

4．5．1 流体域网格类型

4．5．2 流体域网格质量评价

4．6 FLUNT仿真的参数设置

4．6．1 螺旋密封介质的属性

4．6．2 模型的假设及边界条件的设置

4．6．3 控制方程的选择

4．6．4 螺旋密封流体域的求解

4．7 螺旋密封数值模拟仿真结果

4．7．1 螺旋正反转的比较

4．7．2 泵送流动的模拟

4．7．3 泄漏流动的模拟

4．7．4 综合作用的模拟

4．8 本章小结

第5章 参数对密封性能影响的分析

5．1 旋转速度对密封效果的影响

5．2 动力粘度对密封效果的影响

5．3 密封长度对密封效果的影响

5．4 密封间隙对密封效果的影响

5．5 槽深对密封效果的影响

5．6 相对槽宽对密封效果的影晌

5．7 螺纹升角对密封效果的影响

5．8 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢