基于ANSYS Workbench的螺旋槽干气密封流固耦合分析

摘要

机械密封是旋转设备减少泄漏、节约能源、保证机器安全运行的必不可少装置。干气密封是近年来发展起来的一种新型机械密封技术，属于非接触机械密封技术的范畴。螺旋槽干气密封是一种最具代表性的非接触式机械密封，以其泄漏量少、使用寿命长等优点被广泛应用到各种旋转机械中。
　　国内外学者对于螺旋槽干气密封的研究主要集中在螺旋槽干气密封结构参数的设计和端面流场的分析上。但是，这些研究都是建立在大量假设的情况下进行的，忽略了密封环的微小变形。流固耦合分析是分析流体和固体之间相互影响、相互作用的一门重要学科，而对于螺旋槽干气密封流固耦合方面的研究还比较少。为了得到螺旋槽干气密封更精确的工作情况，本文采用流固耦合分析方法对其进行模拟分析。
　　首先，利用流体力学基本原理，推导出适合螺旋槽干气密封的端面流场控制方程。其次，对螺旋槽干气密封的气膜和动环进行三维建模，用ANSYS Workbench流体分析软件单独对流体域进行分析，研究了不同气膜厚度和不同进口压力时端面流场的压力分布情况。在对流体域分析的基础上，对螺旋槽干气密封进行双向流固耦合分析。研究了不同工况下动环的变形、应力分布和流体域的压力分布等情况。最后，分析了螺旋槽干气密封不同端面结构参数和不同工作情况下密封性能的变化情况。本文的研究结果对螺旋槽干气密封密封环端面结构的设计和密封性能的研究具有指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 螺旋槽干气密封发展现状及发展趋势

1.3 本课题的研究内容

2 螺旋槽干气密封基础

2.1 干气密封概述

2.2 螺旋槽干气密封结构及工作原理

2.3 螺旋槽干气密封相关参数

2.4 CFX软件介绍

2.5 数值模拟方法和分类

2.6 本章小结

3 螺旋槽干气密封端面流场分析

3.1 端面流体流态的判断

3.2 螺旋槽干气密封端面流体控制方程的推导

3.3 CFX求解流程

3.4 端面流场数值分析

3.5 本章小结

4 螺旋槽干气密封流固耦合分析

4.1 流固耦合基础

4.2 ANSYS流固耦合分析介绍

4.3 流固耦合基本方程

4.4 几何模型的建立

4.5 材料设置

4.6 网格划分及参数设置

4.7 计算结果与分析

4.8 变工况情况下密封性能分析

4.9 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文主要结论

5.2 未来研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢