机械密封腔内流场及摩擦副温度场性能研究

作     者：张明明 

作者单位：中国石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝木明

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：机械密封 流场 温度场 摩擦副 CFD 

摘      要：随着工业的高速发展,高温、高压、高速的工作状况使机械密封摩擦副端面温升过高,易造成密封环的非正常磨损、热裂、变形及端面间液膜汽化等问题,导致密封迅速失效。因此,对摩擦副温度场的研究非常重要。然而密封腔内流体的流动与密封环传热密切相关,所以研究时应同时计算密封腔内流场和摩擦副温度场,找出相互影响规律。本文应用计算流体力学软件(CFD)对密封腔内流场及摩擦副温度场进行了数值计算,选取整个密封腔内及摩擦副端面间隙内的流体为研究对象,通过求解三维N-S方程,得到整个密封腔的流场,具体分析了流体从进入密封腔到抵达摩擦副端面间隙的整个流动过程,得到了腔内流体的压力分布、速度矢量分布、质点轨迹、涡量分布等;然后求解能量方程,得到了密封腔和摩擦副端面温度分布以及端面温升的影响因素。文章还对比分析了接触式机械密封与螺旋槽机械密封的端面温度分布及温升影响因素。本文对密封腔及摩擦副端面间隙内流体同时建立三维模型,网格划分实现了从宏观尺度到微观尺度的过渡,并借助商用软件成熟的可视化功能,对整个密封腔内流体的流动与传热进行模拟,效果直观,便于观察流动的形成与发展以及传热过程,找出端面温升的主要影响因素,为密封结构及性能的优化设计提供依据,为后续密封环的变形计算奠定基础。