机械密封端面压力场/温度场数值模拟及实验研究

摘要

机械密封作为一种普遍应用的密封技术，在许多场合中密封各种流体，尤其在石油石化领域中应用最为广泛，是各类机泵和其它旋转设备中流体密封不可缺少的零部件。
　　机械密封在运行状态下，端面间存在着极薄的（微米级）液体润滑膜，这层极薄的液膜流动状态影响机械密封端面的流场分布。在操作参数改变的情况下，液膜流动状态会随之改变并会引起泄漏量的变化及端面温升等问题，这对机械密封性能影响很大。本文以常用的接触式机械密封动静环端面间隙液膜为研究对象，对间隙液膜压力场、温度场进行了研究。首先本文采用CFD软件FLUENT的前处理建模软件GAMBIT建立了液膜三维模型，并进行网格划分。在设定合理的边界条件之后，模型导入FLUENT中对不同工况条件下液膜流场进行了数值模拟计算，并指出计算中需要注意的问题，计算得到端面液膜的压力分布、速度分布、温度分布、液膜受力及泄漏量等并分析了操作参数动静环端面内外压差、转速改变对密封性能的影响规律。其次，本文利用机械密封实验台，对间隙液膜进行多点温度，压力测量，得到温度和压力分布，最后将得到的数据和数值模拟值进行了比较分析，验证了数值模拟的准确性并找出实验值与数值模拟值存在差别的原因。
　　经过数值模拟计算与实验测量表明，工况参数压差和主轴转速对机械密封端面间隙间液膜压力场及温度场分布影响明显。参数的改变会改变端面液膜的工况状态、液膜厚度结构以及液膜与密封环之间的传热状况，从而影响整个机械密封的工作性能。数值模拟和实验并用研究机械密封摩擦副端面间液膜流场状况对机械密封减少泄漏，降低温升，降低摩擦、磨损提高密封性能有着重要作用，为机械密封性能优化设计提供了理论和实践依据。

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第一章 绪论

1.1 机械密封特性

1.2 机械密封端面液膜压力场及温度场研究现状

1.3 课题的研究内容

1.4 技术路线

1.5 课题的创新点

第二章 机械密封端面流动理论基础

2.1 计算流体力学（CFD）概述

2.2 液膜流动基本流动方程

第三章 机械密封端面液膜压力场数值模拟

3.1 理论模型

3.2 网格划分

3.3 FLUENT 中对模型的求解

3.4 液膜流场计算结果分析

3.5 不同工况参数下液膜压力场模拟结果

3.6 机械密封尺寸对模拟结果的影响

3.7 操作参数对密封性能的影响

3.8 密封性能参数的相互影响

3.9 本章小结

第四章 机械密封摩擦副及端面液膜温度场研究

4.1 机械密封的热量衡算

4.2 端面温度理论计算

4.4 模型建立及网格划分

4.5 机械密封温度场数值计算

4.6 温度场计算结果分析

4.7 本章小结

第五章 机械密封性能实验研究

5.1 实验目的

5.2 机械密封实验台的建立

5.3 实验过程

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文