唇形油封散热机理研究

论文摘要

唇形油封工作时与轴摩擦生热导致温度升高,容易造成材料破坏而引起油封的失效,研究唇形油封的散热机理有助于设计时合理选择各种参数。由于油封的工作过程涉及多个学科的知识,目前对于油封的散热机理还没有确切的认识。针对油封的高温失效问题,为优化油封的散热结构,建立了描述其固液传热的二维轴对称模型,利用FLUENT软件的Realizable k-ε湍流模型对油封的散热进行模拟,并计算了不同结构参数对油封散热的影响。另外,设计了针对油封散热的实验系统。模拟时生热模型通过边界条件引入,结果显示随着轴速的增加,摩擦面上的温度逐渐增加,摩擦面上温度最高点位于中心位置靠近空气侧,温度最低点位于润滑油侧的端点上,空气侧的温度分布整体高于润滑油侧的温度分布。油封唇口与轴之间产生的热量主要通过润滑油、轴被带走,通过空气带走的热量较少。靠近摩擦面的区域温度较高,远离摩擦面的区域温度逐渐降低;旋转轴的整体温度分布较高,润滑油的整体温度分布较低。油封工作过程中轴与空气对流换热系数的变化对油封散热的影响较小,可以设为定值。随着接触宽度的增加,摩擦面上的温度最大值逐渐降低;随着油封抱轴力的增加,摩擦面上的温度最大值逐渐增加;随着前唇角的增大,摩擦面上的整体温度分布逐渐降低,摩擦面最大温度值逐渐降低,但变化幅度较小;随着后唇角的增加,摩擦面上的整体温度分布几乎没有变化,摩擦面上的温度最大值也几乎没有变化;空心轴随着空心度的增加,摩擦面上的整体温度逐渐增加。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 油封简介
• 1.1.1 国内外油封的现状
• 1.1.2 油封分类
• 1.1.3 油封主要结构参数
• 1.1.4 油封常用材料
• 1.2 油封的研究现状
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 1.4 课题的研究内容
• 2 CFD 模拟方法及模型的建立
• 2.1 CFD 控制方程及模拟方法
• 2.1.1 流体力学的基本控制方程
• 2.1.2 计算流体力学的主要计算方法
• 2.1.3 计算流体动力学的工作步骤
• 2.2 模型的建立
• 2.2.1 几何模型
• 2.2.2 控制方程
• 2.2.3 湍流模型
• 2.2.4 生热模型
• 2.3 数值计算工况
• 2.3.1 Gambit 划分网格
• 2.3.2 FLUENT 求解器
• 2.3.3 控制方程的离散
• 2.3.4 边界条件
• 2.3.5 物性参数
• 2.4 网格无关性分析
• 3 油封摩擦生散热计算结果分析
• 3.1 不同转速下的流场分布
• 3.2 不同转速下摩擦面上的温度分布
• 3.3 转速对散热的影响
• 3.4 不同区域的温度场分布
• 3.5 空气对流换热系数对油封散热的影响
• 3.6 小结
• 4 重要参数对油封散热的影响
• 4.1 轴旋转速度对油封散热的影响
• 4.2 接触宽度对油封散热的影响
• 4.3 抱轴力对油封散热的影响
• 4.4 前、后唇角对油封散热的影响
• 4.5 轴的空心度对散热的影响
• 4.6 小结
• 5 油封散热实验系统设计
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验仪器
• 5.3 针对油封静止情况的实验原理
• 5.4 针对油封运动情况的实验原理
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 油封生热模型
• B 油封模拟计算UDF 源程序
• C 作者在攻读学位期间发表的论文目录