刷式汽封密封特性及迟滞性的数值研究

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1、图书分类号：U.D.C.:工学硕士学位论文刷式汽封密封特性及迟滞性的数值研究硕士研究生：张帅导师：张艾萍教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：能源与动力工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：东北电力大学ClassifiedIndex:U.D.C.DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringNumericalSimulationofBrushSealSealingCharacteristicsandHysteresisCandidate：ZhangShuaiSupervisor：Prof.ZhangAipi

2、ngAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringPowerEngineeringandSpeciality：EngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofEnergyandPowerEngineeringDateofOralExamination：Mar.2015University：NortheastDianliUniversity摘要随着电站汽轮机向高温、高压、高转速、高负荷方向发展，漏汽损失成为了汽轮机的一项主要损失，而先进的汽封技术是减少漏汽损失的有效措施之一。刷式汽封作为一种先进汽封，虽然已经

3、逐步得到推广应用，但关于刷式汽封泄漏流动特性影响因素的研究仍不够全面，相关的理论研究较少，另外，由于试验条件等的限制，选取影响因素的数值有限，在此基础上反映出的泄漏流动特性曲线也存在一定的偏差。采用CFD软件Fluent对刷式汽封密封特性及迟滞性进行二维数值模拟，计算模型采用轴对称模型，模拟采用工质为可压缩理想气体，固壁边界为绝热无滑移固体壁面，近壁区域采用标准壁面函数，湍流模型采用双方程k-ε模型。本文在验证所选模型的正确性的基础上，分析了背板保护高度、刷丝束厚度、径向间隙对常规刷式汽封泄漏流动特性的影响，指出汽封泄漏量随着背板保护高度h的增大而增大，背板处刷丝压力分布值随着背板保护高

4、度h的增大而减小，当h<1.4mm时，随着背板保护高度的增大，泄漏量呈上凸抛物线式增长，当h>1.4mm时，泄漏量呈线性增长；汽封泄漏量随着刷丝束厚度的增大而减小；汽封泄漏量与径向间隙成正比，随着径向间隙的增大，压降范围沿径向有所扩大，流线偏转角增大，发生偏转位置沿轴向向上游方向移动。其次，本文对低滞后刷式汽封泄漏流动特性进行数值模拟，结果表明：常规、矩形刷式汽封密封特性相近，虽然翼型刷式汽封密封特性较差，但相对前两种汽封，刷丝迟滞性的影响较小；减压槽槽深对低滞后刷式汽封泄漏流动特性影响不大；低滞后刷式汽封泄漏量随着背板轴向间隙的增大而增大，随着轴向间隙的增大，背板处刷丝压力值除在背板保

5、护高度区域内略有提高外，在其他区域均明显下降，且轴向间隙由0mm增大到0.1mm时的压力下降效果最明显。对于工程实际问题，可以通过改变轴向间隙对低滞后刷式汽封进行结构优化。关键词：刷式汽封；密封特性；迟滞性；结构优化IAbstractWithpowerstationsteamturbinedevelopingtowardshightemperature,highpressure,highspeedandhighloaddirection,steamleakagelossbecomesamajorlossofturbine,butadvancedsealtechnologyisoneoft

6、heeffectivemeasurestoreduceleakageloss.Asakindofadvancedseal,althoughbrushsealhasgraduallybeenapplicated,theresearchwhichconcernsaboutleakageflowcharacteristicsofbrushsealisstillnotcomprehensiveenough,thenumberofrelevanttheoreticalresearchissmall,also,becauseofthelimitedexperimentalconditionsandt

7、helimitedvalueofselectedfactors,thereisacertainbiasintheleakageflowcharacteristicsreflectedonthisbasis.Numericalsimulationoftwo-dimensionalhasbeenperformedtostudythesealingcharacteristicsandhysteresisofbrushsealusingCF