基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析

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1、全日制学术型硕士学位论文论文题目：基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析作者姓名包超英指导教师彭旭东教授、孟祥铠副教授学科专业动力工程及工程热物理所在学院机械工程学院提交日期2015年4月浙江工业大学硕士学位论文基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析作者姓名：包超英指导教师：彭旭东教授、孟祥铠副教授浙江工业大学机械工程学院2015年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterSealingPerformanceAnalysisofM

2、echanicalSealunderStaticPressureBasedonPercolationTheoryCandidate:BaoChaoyingAdvisor:ProfessorPengXudongAssociateProfessorMengXiangkaiCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApril2015漸江工业大学学位论文原创性声明’本人郑重声明，：所提交的学位论文尾本人巧导师的指导＞独立进行研巧工＾。作所取得的研充成果除文

3、中己经加处标注引用的内容外，本论文不包含興他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。。本人承担本声明的法律责任作者签名：日期：＾主年＾月乂日１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论丈的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库Ｌ。ｉ、进行

4、检索，可：采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和ｒ编本学位论文本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。／２、不保密囚＾＂＂＾１Ｖ）（请在＾上相恆义框内打作者签名：Ｕ期：在血臭＞瓜年／月乂曰导师签名村曰期：月５ｉ立＾盡４施浙江工业大学硕士学位论文基于渗流原理的机械密封静压渗漏特性分析摘要目前关于超高速燃气涡轮泵用机械密封旋转工况下的密封性能研究较为广泛，由于超高速燃气涡轮泵用机械密封长时间处于静压工况下，静压状态下的渗漏问题显得日益突出，对静压渗漏机理的研究迫在眉睫。静压工况下，机械密

5、封两端面间流体处于混合润滑状态，采用适用于全膜润滑状态的雷诺方程描述密封端面间的流体流动具有一定的局限性。因此，本论文采用更适合描述混合润滑状态的多孔介质模型建立了接触式机械密封和开槽或开孔端面密封的静压渗漏模型，进行机械密封静压渗漏特性的理论分析以及相关的试验研究，为渗流理论在机械密封中的进一步应用奠定基础。首先，本文基于多孔介质模型建立了静压渗漏率解析模型和数值求解模型。通过塑性接触模型求解了平衡膜厚，进而求得端面间孔隙率和渗透率。通过在NS方程中添加粘性阻力项，推导得到解析求解模型；由数值分析软件COMSOL中的自由流动和多孔介质

6、耦合流动模型得到数值求解模型。其次，以接触式机械密封为研究对象，分别用解析模型和数值模型求解了不同几何参数和物性参数对静压渗漏率的影响。结果表明，端表面粗糙度、介质压力、端面宽度、弹簧比压和介质粘度是影响机械密封静压泄漏率的主要因素，数值解和解析解的变化趋势一致；此外，搭建相关试验台进行了实验研究，验证了理论分析结果的可靠性。最后，以圆环槽和椭圆孔机械密封端面为研究对象，利用数值模型分析了圆环槽和椭圆孔几何尺寸对静压渗漏特性的影响。结果表明，圆环槽槽数、槽宽和介质粘度对渗漏率有较大影响，而槽深、槽坝宽和槽区粗糙度对渗漏率影响非常小，椭圆

7、孔的倾斜角、长短轴比和介质粘度对泄漏率有较大影响，孔深和开孔区粗糙度对泄漏率的影响较小。本论文基于渗流原理建立了静压下机械密封端面间的多孔介质模型，系统分析了各几何参数和操作参数对渗漏特性的影响，为机械密封的渗漏特性分析开辟了新的思路，并对静压工况下的机械密封端面几何优化设计具有一定的理论借鉴意义。关键词：机械密封，静压，渗漏，多孔介质，数值解IIIABSTRACTSealingPerformanceAnalysisofMechanicalSealunderStaticPressureBasedonPercolationTheoryAB

8、STRACTSofar,therearelot’sofresearchabouttheperformanceofmechanicalsealusedingasturbinepumpunderrotating