蜂窝密封动力特性和减振性能的实验与数值研究

摘要

本文运用商用CFD软件Fluent，采用三维建模的方法分别建立圆柱形蜂窝密封和圆锥形蜂窝密封的几何模型，其与Satoru Kaneko实验的几何尺寸相一致，并按照实验中的各种工况条件，来设定边界条件；针对蜂窝密封几何结构复杂、密封间隙小且径向流动参数变化剧烈的特点，采用了六面体网格划分、增加密封间隙径向网格密度；采用动坐标系、适用于旋转流动的RNG k-e湍流模型和非平衡壁面函数湍流模型等方法，依次计算出三种形式的密封结构的主刚度、交叉刚度和主阻尼，并与相关的实验数据和解析计算结果相比较，得出本文数值计算方法比原有的解析计算方法有更好准确性。 在验证CFD数值计算准确性之后，本论文利用数值计算的特点，以不同晶格深度蜂窝密封为例，研究其泄漏量和动力特性的变化，说明数值计算是一种研究蜂窝密封静态、动态特性研究和蜂窝密封优化设计的好方法。 其次论文通过直接测量转轴处的振动情况，实验研究了蜂窝密封的动力特性和减振性能。通过实验证明了，光滑壁面在转子偏心的情况下，产生密封间隙压力分布不均，从而使振动加大，转子失稳；而蜂窝壁面在转子偏心的情况下，无论在频率、波形还是振幅上，都没有发生明显的变化，保持转子的稳定；相比于光滑壁面，蜂窝壁面能够明显的抑制由于质量不平衡引起的振动，有更大的有效阻尼。

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论文说明:符号说明

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2密封激振现象及其产生的原因

1.2.1密封激振现象

1.2.2密封激振产生的原因

1.3蜂窝密封

1.4本论文研究的目的和意义

第二章蜂窝密封动力特性的CFD数值研究

2.1 引言

2.2数值计算基础

2.2.1流体力学基本控制方程

2.2.2计算网格

2.2.3湍流模型

2.2.4控制方程离散和求解方法

2.3转子-密封系统的动力学模型

2.4计算模型的建立

2.4.1几何模型

2.4.2网格划分

2.4.3准稳态模型和旋转坐标系

2.4.4模型参数设定

2.5数值计算流场分析

2.5.1蜂窝密封整体压力分布

2.5.2蜂窝密封密封间隙上的速度分布

2.6数值计算结果与实验结果的对比

2.6.1 泄漏量数值计算分析

2.6.2圆柱形光滑密封动力特性数值计算分析

2.6.3 圆柱形蜂窝密封动力特性数值计算分析

2.6.4圆锥形蜂窝密封动力特性数值计算分析

2.6.5 CFD数值计算、解析计算与实验结果三者的比较

2.6.6计算结果偏差原因分析

2.7不同晶格深度蜂窝密封的数值计算结果分析

2.7.1泄漏量的对比

2.7.2动力特性的对比

2.8本章小结

第三章蜂窝密封动力特性和减振性能的实验研究

3.1 引言

3.2实验装置

3.3不同偏心量的实验比较

3.3.1振动幅值

3.3.2波形图

3.3.3频谱图

3.3.4实验结论

3.4增加不平衡质量后的实验比较

3.4.1 实验情况

3.4.2振幅变化情况

3.4.3实验结论

第四章结论与展望

4.1 结论

4.2展望

参考文献

致 谢

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