波纹管机械密封接触分析及流场数值模拟

论文摘要

对于大轴径机械密封装置,机械密封的重要零部件动、静环端面在高压、高速和高温载荷条件下严重影响密封装置的密封性能。本文基于ANSYS软件,结合国内外在机械密封性能理论上的新的研究成果,从结构静态和流体稳态两个角度建立了计算机械密封性能的有限元模型,并对密封环的轴向变形、应力,流体的速度场和压力场做了分析研究。首先本文对结构静态分析中,以变形为切入点,分析了单独分析方法的不足,将机械密封模型简化成轴对称,利用整体接触方法,保证了受力与变形的协调。分析结果表明,机械密封端面在介质压力,弹簧力作用下密封端面出现楔形变形,然而增加了扭矩的整体接触分析表明了,动静环的的外径出的接触力较大。总的可以看出整体接触分析的有效地说明了接触端面中肯定会出现收敛和发散的楔形变形。减少泄漏量是机械密封的最重要的目的之一,因此计算研究机械密封端面间隙之间的流体性能是具有现实意义的。本文主要基于CFX11.0流体分析软件建立间隙流体的有限元模型,给出密封间隙流体的相关边界条件,得到了压力,速度和网格位移,说明机械密封端面之间的流场流动特性。为防泄漏问题提供了理论依据,为保证机械密封一更长工作寿命长期有效地运行方面,具有现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 现存的问题
• 1.2 课题来源
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 波纹管机械密封装置国内外研究现状
• 1.4.1 机械密封数值建模分析方法研究现状
• 1.4.2 机械密封 CFD 分析研究现状
• 1.4.3 械密封耦合分析研究现状
• 1.4.4 波纹管型机械密封装置结构变形问题计算发展现状
• 1.4.5 机械密封动静环端面间隙流场的研究现状
• 1.5 机械密封技术的发展趋势
• 1.6 本文的主要研究内容与技术路线
• 第2章 波纹管型机械密封装置的特点及应用
• 2.1 波纹管型机械密封装置简介
• 2.2 波纹管型机械密封特点及应用
• 2.3 焊接波纹管机械密封分类
• 2.3.1 机械密封的使用工况和参数分类
• 2.3.2 机械密封的液体泄漏定义及泄漏率
• 2.4 本章小结
• 第3章 波纹管型机械密封动静环的接触分析
• 3.1 波纹管机械密封结构分析相关理论
• 3.1.1 轴对称问题弹性力学相关基本方程
• 3.1.2 轴对称四边形单元的有限元离散
• 3.2 波纹管机械密封结构分析要求及边界条件
• 3.2.1 机械密封动环和静环的结构分析基本要求
• 3.2.2 机械密封动环和静环的结构分析建模条件
• 3.2.3 机械密封动环和静环结构分析已知参数
• 3.3 波纹管机械密封动静环的单独分析
• 3.3.1 机械密封元件动静环的单独分析边界条件的处理
• 3.3.2 机械密封环单独分析计算结果
• 3.4 波纹管机械密封动静环的整体接触分析
• 3.4.1 波纹管机械密封端面接触理论及整体分析思路
• 3.4.2 接触类型及接触方式的选择
• 3.4.3 动静环整体的接触分析建模步骤和方法
• 3.5 本章总结
• 第4章 动静环间隙流体的稳态流场数值模拟
• 4.1 Reynolds 方程的普遍形式
• 4.2 流体膜的能量方程
• 4.3 流体膜的粘度和密度
• 4.4 等温稳态条件下的Reynolds 方程
• 4.5 CFX 软件的介绍
• 4.5.1 CFX 软件发展概况
• 4.5.2 主要应用领域
• 4.5.3 CFX 软件功能特点
• 4.6 机械密封稳定流动场的分析计算
• 4.6.1 边值问题的数值求解
• 4.6.2 具体实例分析
• 4.7 本章小节
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 研究生在读期间发表论文
• 致谢