接触式机械密封界面的逾渗机制及通道模拟

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1、分类号TH136学位代码308密级学校代码10298学号3120144南京林业大学研究生硕士学位论文论文题目：接触式机械密封界面的逾渗机制及通道模拟作者：周敏专业：机械设计及理论研究方向：流体密封技术指导老师：孙见君教授二○一五年六月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明

2、并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：丨年“月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”，见www.cnki.net)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和

3、在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：开□保密（年月至年月）（保密的嗲值赋在斛密后裘遂守此4办试）作者签名：传1feL导师签名：^^_。1夕年心月n曰：i〇I.S年1)月卩曰致谢在本论文写作及整个求学期间，我深切地感受到了来自各方面的关心和帮助，借此机会对他们表示衷心的感谢。我由衷地感谢我的导师孙见君教授！本篇学位论文是在导师的悉心指导下完成的。从论文的选题、文献的查找及筛选、研究方案的定制、论文的修改和定稿等，各个环节都离不开导师的帮助和鼓励。导师在学术上严谨、一丝不苟的精神让我

4、受益终身，在工作上兢兢业业、精益求精的作风是我不断学习的榜样。在我硕士学习过程中，孙老师谆谆教导，循循善诱，从论文的选题到定稿，每一个环节都凝聚着恩师的心血，没有他的悉心指导，我不可能完成硕士论文工作。在此，谨向恩师致以诚挚的谢意！在论文完成过程中还得到了涂桥安老师、马晨波老师、嵇正波老师、王衍师兄、胡琼师姐、王伟师弟、顾东升师弟、张浩师弟的无私帮助。他们对我的支持和鼓励激励着我不断前进，与老师及实验室成员们讨论问题也让我的思维得到拓展。在他们的帮助下，我的毕业论文内容更加充实丰满，对此我充满感激。同

5、时，我要感谢多年来一直支持我学业的家人和朋友，感谢他们的关爱和鼓励！最后，感谢参与我论文审阅和答辩的各位老师，恳请各位老师对论文进行批评和指正。作者：周敏二○一五年六月I摘要机械密封件的稳定性、可靠性在高参数化的工业发展要求下愈发重要，密封端面上存在的粗糙度使得其间的接触并不是那么理想，流体可能会找到贯穿整个密封界面的孔隙微通道，从而在压差作用下发生泄漏，故研究分析密封界面间的微通道模型极为关键，已有通道模型中的界面孔隙都被简化为沿径向等高的界面平行间隙或周向成余弦曲线状的通道，虽可简化计算过程，但忽

6、略了那些未连接成贯穿密封界面的孔隙通道，导致泄漏量计算值均大于实测值，使得其应用于泄漏预测时引起很大的误差。本文以接触式机械密封为研究对象，对接触式机械密封界面间的逾渗机制及通道模型进行了研究分析，主要研究工作及分析结果如下：（1）分析了密封界面微通道的结构特征。通过对动环和静环的端面轮廓作数字化模拟，获得了满足分形特征的三维端面形貌，基于粗糙端面的微凸体变形转化过程，得出密封界面间的分形接触模型，分析了形貌参数、材料参数及工况参数对密封界面微通道分布的影响情况。（2）分析了密封界面的逾渗特性。依据逾

7、渗理论，对密封界面进行网格划分以获得三维网格模型，根据密封界面微通道的分布状态对所获得的三维网格模型进行二值化处理，基于MATLAB编程研究建立了最大团的搜索算法，在此基础上分析了密封界面的逾渗特性，随着放大倍数的增大，密封界面逾渗概率的变化曲线存在一突变阶段，在该阶段大量的孔隙单元相互连通而合并成为贯穿整个密封界面的连通团。（3）计算和分析了微通道的逾渗点尺寸。建立了给定参数下的密封界面三维逾渗模型，根据最大团搜索程序求解出使孔隙团由不通至通时的临界放大倍数zc，得出给定参数下对应于临界放大倍数zc

8、的临界逾渗点尺寸lc、hc。分析了软质环的形貌参数G、Ds2、材料参数E2、v2及工况参数Pg对逾渗点尺寸的影响规律；同时，计算了密封界面间流体泄漏最小孔隙尺寸。（4）建立了密封界面三维微通道模型，且对泄漏微通道进行了模拟仿真。借助UG/OpenGRIP建模软件建立出临界放大倍数下的密封界面微通道模型，再利用Fluent模拟软件对理想情况下密封界面的泄漏状况进行了仿真分析。关键词：接触式机械密封；分形形貌；逾渗模型；逾渗点尺寸；通道模拟IIThePerc