拟合曲线槽干气密封气膜流场的性能分析

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1、硕士学位论文5．3泄漏量的理论计算和实验测试对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．405．3．1泄漏量的理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．405．3．2泄漏量的实验测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．415．4气膜刚度的计算与测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．425．4．1气膜刚度的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．425．4．2不同介质压力下气膜刚度的测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．445．5气膜推力的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯445．6小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．44结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45参考文献⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51附录A攻读硕士学位期间所发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52III硕士学位论文摘要随着对螺旋槽干气密封性能研究的不断深入，其应用范围也从高速高压扩大到低速低压。在低速低压工况下，干气密封端面间动压效果差，使得气膜厚度较薄，端面间难以建立稳定气膜而产生干摩擦，导致严重磨损，因此引发寻求一种动压效果更好的多项式拟合曲线槽型来取代螺旋线槽型。本文根据迹线原理和流线原理分别推导出拟合曲线的多项式函数，进而与相同工况下螺旋槽的密封性能进行比较，寻找动压效果和

3、密封性能比螺旋槽好的拟合曲线，并且对此拟合曲线的泄漏量和气膜刚度进行试验研究。主要研究内容和结论如下：应用Solidworks软件建立螺旋槽、螺旋．圆弧槽、圆弧．螺旋槽干气密封的三维立体模型，应用Gambit软件对模型划分网格，运用Fluent软件对三种曲线槽干气密封相同工况下的压力、流速、泄漏量进行数值模拟，进而对三种曲线槽的压力、流速、泄漏量进行比较分析。结果表明：在相同工况下，螺旋一圆弧槽的动压效果最好，螺旋槽次之，圆弧一螺旋槽最差；螺旋．圆弧槽的出口径向流速最小，螺旋槽次之，圆弧．螺旋槽最大；螺旋．圆弧槽的泄漏量最小。基于迹线原理，取螺旋槽中间面、中间线上的流体迹线，将

4、此迹线进行拟合，该拟合曲线作为干气密封的槽型线。然后建立拟合曲线槽三维立体模型，运用Fluent软件对拟合曲线槽干气密封在气膜厚度为3～5“m时三种工况(低压低速、中压中速、高压高速)下的压力、泄漏量和气膜推力进行数值模拟和分析，并与螺旋槽进行比较。结果表明：在低压低速工况下，螺旋槽和拟合曲线槽的动压效果都不明显，拟合曲线槽比螺旋槽的泄漏量减小2。50％，气膜推力比螺旋槽增大0．92％；在中压中速工况下，当气膜厚度6=3lxm、{5=41,tm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好，拟合曲线槽比螺旋槽的泄漏量减小1．92％，气膜推力比螺旋槽增大1．19％；在高压高速工况下，当气膜厚度

5、6=3“m时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好，拟合曲线槽的泄漏量比螺旋槽减小2．56％，气膜推力比螺旋槽增大1．59％。接着推导了两光滑平板间干气密封微尺度流动场的非线性雷诺方程，应用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解，得到气膜压力的近似解析式，再利用极坐标下的流线方程，通过Maple程序求解T拟合曲线槽干气密封气膜流场的性能研究压力方程和流线方程得到流线，此流线就是符合条件的拟合曲线。然后建立拟合曲线槽干气密封的三维立体模型，运用Fluent软件对拟合曲线槽干气密封在气膜厚度为3～5rtm时三种工况(低压低速、中压中速、高压高速)下的压力和泄漏量进行数值模拟和分析，

6、并与螺旋槽进行比较。结果表明：在低压低速下，拟合曲线槽和螺旋槽的动压效果都不明显，拟合曲线槽的泄漏量比螺旋槽减小0．59％；在中压中速下，气膜厚度5=3um、_i5=41xm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好，泄漏量比螺旋槽减小O．47％；在高压高速下，气膜厚度6=3lxm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好，并且泄漏量比螺旋槽减小1．1％。最后在干气密封试验台上对基于迹线的拟合曲线槽干气密封系统进行了试验研究，展示了干气密封样机和干气密封试验台辅助系统，为了保证试验结果的准确性，采取了必要的抗干扰措施。通过对拟合曲线槽干气密封的泄漏量和气膜刚度的测试，得到实验值，通过与理论值的对比

7、，得到拟合曲线槽比螺旋槽动压效果更明显，密封性能比螺旋槽更好的结论，从而验证了本文理论的正确性。关键词：螺旋槽；拟合曲线槽；干气密封；泄漏量；气膜刚度；试验研究II硕士学位论文AbstractWithincreasingspiralgroovedrygassealperformanceresearched，itsapplicationscopefromthehighspeedandpressureexpandedtolowspeedandpressure．Atlowspeedandpress