干气密封三维微间隙流场数值模拟

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1、第卷第期工程热物理学报,年月干气密封三维微间隙流场数值模拟徐洁谷传纲王彤杨波上海交通大学动力机械工程教育部重点实验室,上海一,,摘要采用三维流动求解器以空气作为工作介质对干气密封不同工况下的内部微间隙毛维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布及其产生的开启力,通过与文献中试验结果的比较和分析,二维流场的计算结果与文。一献中试验结果吻合较好,直接求解方程可对在考虑气体的可压缩性的情况下干气密封微间隙内的维流场进行正。确的描述关键词数值模拟干气密封微间隙一一一中图分类号文献标识码文章编号了,一即亡仃

2、亡,力又,即理蔚腼一一,一一、一引言内流场的数值计算产生一定的难度,目前广泛应用的方法仅限于求解二维雷诺方程“一,尚无求解二,一干气密封概念的提出始于年它是在气体维方程进行干气密封微问隙流场数值模拟的相润滑轴承的基础上发展起来的,其中以螺旋槽密封关报道。本文采用三维一方程流动求解器最为典型。干气密封在结构方面与普通机械密封的同对螺旋槽干气密封的微间隙流场进行数值主要区别在于干气密封的动环或静环密封面上模拟。,拼精加工有均匀分布的浅槽槽深度一般在以下。用这种方法来密封压缩机完全不需要复杂的密计算模型

3、,从而封油系统显著地减少了大型压缩机的运行和维护费用。因此干气密封正取代其他密封形式而本文假定流体为连续介质,应用三维流动求解成为石化行业高速压缩机轴封的主流。干气密封运器一对干气密封微间隙中的流动进行数,。,转时平衡间隙即气膜厚度的典型值为、科值模拟控制方程为干气密封运行时所产生的微间隙流场具有其特连续方程殊性,即、平面内的几何尺寸多为宏观尺度,,而方向即气膜厚度方向的尺度通常为微米尺度口,、,下下一尸乞涉及跨尺度等复杂的流体问题这样使得干气密封口劣艺收稿一一一一日期修订日期基金项目国家自然科学

4、基金项目,,,,。一作者简介徐洁女陕西西安人博十生主要从事微尺度流动理论及实验研究工程热物理学报卷动量方程一是几何模型的生成器及网格划分。口,、一只、工具本风自文计算的干气密封微间隙流场采用结构化二子一气云奥擎,,,劣￡网格共划分为个网格个网格节点。‘‘门‘如图所示能量方程、、、算例与比较不一二干一‘爪下下厂一入只一一一,,,本文对文献中不同气膜厚度的干气密封工况进其中行了三维数值模拟,图、和图分别是气膜厚·一、厅厅、,度为和拜时的流场压力分布马,,,、、发现随着气膜厚度的减小所产生的压力增大当气

5、、口,爪拜又二犷一二二一万。灯拼二不一膜厚度为和拜的两种工况中在螺旋槽,从‘与密封堤的交界处,压力形成峰值从而起到密封的理想气体状态方程。作用图为此三种密封工况下的产生的开启力数值计算结果与相应的实验数据的对,吻合情况较比,赵,,。‘,,‘为好其中当气膜厚度为时计算误差大些其中为速度分量厅为速度矢量旋转角。,,,,也仅为图为沿径向压力分布计算结果和实速度为压力为密度为转动烩爪为,,。,,,验结果的比较从图中可以看到吻合情况较好粘性应力张量拼为粘性系数为气体常数为温度,为体积,入为热传导系数。边界条

6、件进口给定压力。出口给定压力。旋转边界等温固壁二,,二,求解时先对流动,采用有限体积区域进行离散,法积分流动方程压力与速度的祸合采用算法,亚松弛迭代求解。几何模型与网格划分外径。,槽内径内径,槽数螺旋角,槽台宽度守比槽深。拜,气膜厚度拼选取文献中的实验数据与本文的计算结果进行比较。实验气体为空气,几何参数如下图几何模型的网格划分图二,时流场的压力分布期徐洁等干气密封三维微间隙流场数值模拟值结论采用三维流动求解器一,以空气作为,之工作介质对干气密封不同气膜厚度的内部微间隙、、,气三维流场进行了数值模

7、拟得到了流场的压力分布,及其产生的开启力通过与文献中试验结果的比较和分析,三维流场的计算结果与文献中试验结果吻。,一一一一一匕一一一二一一一一合较好在考虑气体可压缩性的情况下直接求解刃刀刀刀刀一方程可对干气密封微间隙内的三维流场进行正确的描述。图不同膜厚开启力和试验结果的比较参考文献,,程传庆,等流体密封技术原【』理,韶二与应用北京机械工业出版社计算值·二实验值」二计算值一飞▲二实验值‘卜二计算值,,一二叱日实验值【』肠,,一户’二生汀【」,肠,,一【〕尸〔》,,升肠一图沿径向压力分布计算结果和实

8、验结果的比较【』,