转速与压差对迷宫密封流场的影响

机械设计制造及其自动化论文，论文编号:JX1136  论文字数:23980.页数:42

摘   要
 迷宫密封作为工业上常见的一种密封形式，具有结构简单、对各种工业介质适应性强、使用寿命长等特点，因此广泛应用于离心式压缩机、透平膨胀机、汽轮机等机械中。但随着叶轮机械向着高性能和大容量方向发展，密封气流激振成为威胁机组安全运行的主要因素之一。本文围绕迷宫密封激振机理以及动力特性系数的研究展开，应用FLUENT软件对迷宫密封内部流场进行了深入的研究，并提出了一种计算密封动力特性系数的方法。
 本文以GAMBIT软件FLUENT为主要计算工具，建立了迷宫密封三维有限元模型，对边界条件的选取和网格的划分进行了分析。并将计算得到的结果与经验公式计算结果进行了对比，模拟结果与经验公式计算结果相吻合。本文对迷宫密封内部三维流场进行完整地分析，对入口总压一定与入口静压一定两种情况下的流场进行了分析，比较了两种情况下作用在转子上的气体力。
 此外，本文还引入用户自定义函数(UDF)定义入口总压，并提出了一种计算大扰度情况下迷宫密封转子动力特性系数的方法，将气体力的非线性因素考虑进去，研究了偏心、转速以及压差对迷宫密封动力特性系数的影响。流体在迷宫密封内的流动过程，遵循流体流动的所有控制方程。
 
关键词:迷宫密封，FLUENT，动力特性系数

 Labyrinth seal as a common industrial form of a seal with a simple structure, adaptability to a variety of industrial medium, and long service life, it is widely used in centrifugal compressors, turbo-expander, steam turbine and other machinery . However, with the Turbomachinery toward large-capacity high-performance and direction, air sealing unit excitation as a threat to the safe operation of one of the main factors. In this paper, the mechanism of excitation around the labyrinth seal and the coefficient of dynamic characteristics of the study started, the application of FLUENT software labyrinth seal on the internal flow field of an in-depth study and a calculation of coefficient of dynamic properties of sealing methods.
 In this paper, the main GAMBIT software FLUENT calculation tools, the establishment of the labyrinth seal three-dimensional finite element model, boundary conditions on the selection and division of grid analysis. And the calculation results with the empirical formula calculation results are compared with simulation results and empirical formula calculation results. In this paper, the internal labyrinth seal a full three-dimensional flow field analysis, the total pressure of the entrance and the entrance of a certain static pressure must both cases the flow field are analyzed and compared in both cases the role of the gas force on the rotor.
 In addition, the paper also introduces user-defined function (UDF) the definition of the entrance of the total pressure, and a degree of calculation under large disturbance rotor dynamic characteristics of labyrinth seal coefficient method to force the gas into account the non-linear factors studied bias, and speed as well as the labyrinth seal pressure on the coefficient of dynamic characteristics. Fluid in the labyrinth seal flow process, to follow all the control of fluid flow equation.
 Keywords:Labyrinth seal, FLUENT, Dynamic characteristics coefficient

目 录
摘   要 I
Abstract II
目 录 III
第一章  绪 论 1
1.1本论文的背景及意义 1
1.2迷宫密封简介 2
1.2.1迷宫密封工作机理 3
1.2.2迷宫密封流体激振机理 4
1.2.3密封气体力的描述 5
1.3迷宫密封流场及迷宫密封转子动特性研究现状 6
1.3.1迷宫密封实验研究概况 7
1.3.2迷宫密封流场的研究现状 8
1.4计算流体力学及相关软件简介 10
1.4.1计算流体力学简介 10
1.4.2 GAMBIT软件简介 11
1.4.3 FLUENT软件简介 12
第二章  迷宫密封气体流场分析 13
2.1计算流体力学理论与方法 13
2.1.1控制方程 13
2.1.2湍流模型 15
2.1.3 SIMPLE算法 16
2.2边界条件的设置及计算结果的收敛性 16
2.2.1进出口边界条件 16
2.2.2壁面边界 17
2.2.3边界条件 18
2.3本章小结 19
第三章  GAMBIT建模过程与FLUENT计算设置过程 20
3.1 GAMBIT建模过程 20
3.1.1 建密封结构三维模型 20
3.1.2 网格划分 23
3.1.3边界设置 26
3.2 迷宫密封流场的计算 26
3.2.1 使用网格 26
3.2.2 求解器与运算环境 26
3.2.3 确定计算模型 27
3.2.4 设置边界条件 27
3.2.5 设置求解控制参数与迭代 27
3.3本章小结 28
第四章  计算结果的后处理与分析 29
4.1迷宫密封流场压力场基本分析 29
4.2迷宫密封流场速度场基本分析 31
4.3转子转速对转子表面周向压力分布的影响 32
4.4压差对转子表面周向压力分布的影响 32
4.5本章小结 35
致    谢 36
参 考 文 献 37