高压周隙密封三维热弹流理论研究.pdf

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1、高压周隙密封三维热弹流理论研究王国亮1，何加猛2，陈波1，王小静2，王佃晓2(1．中国船舶重工集团公司第704研究所，上海200031；2．上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要：对高压周隙密封开展三维热弹流理论研究，在润滑理论基础上建立密封理论计算模型，采用有限差分法和有限元法对偏微分控制方程组进行数值求解．计算掌握了不同转速、进油压力和间隙条件下高压周隙密封的性能，分析比较了上述不同几何王况条件下高压周隙密封性能变化规律．关键词：高压；周隙密封；三维热弹流体；润滑中图分类号：T

2、Hl22文献标识码：A文章编号：1005．8354(2011)05-0005-04ThreeDimensionalThermo．elastic．hydrodynamicTheoreticalStudyofHighPressurePlaneSealWANGGuo．1ian91，HEJia-men92，CHENB01，WANGXiao-jin92，WANGDian．xia02(1．No．704ResearchInstitute，CSIC，Shanghai200031，China；2．Schoolof

3、MechanicalEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：弛厶paperstudiesthethermal—elasticdeformationofhighpressureplaneseal．ThetheoreticalmodelisestablishedandthegoverningequationsarenumericalsolvedwithFDMandFEMmethod．Thepe

4、oCormaneesoftheplanesealwiththedifferentoperatingconditions，suchasinletpressure，sealclearanceandspeedarecompared．Keywords：hfghpressure；planeseal；three—-dimensionalthermo·-elasticlubrication0前言周隙密封是旋转机械中的重要零部件，随着机器向高速、大功率方向发展，对密封瓦的密封性能提出了更高的要求．周隙密封间隙内

5、的流态十分复杂，有周向旋转运动产生的剪切流，有沿密封轴向的压差产生的轴向压力流，这两种不同性质的流动构成了密封复合流场．目前国内外对周隙密封进行了大量的研究，Li⋯假定密封端面进口有稳定的热能供给，运用有限元法模拟计算了密封环的温度分布；Buck[2’31在实验的基础上，提出了一个预估密封平面产生的热量值、温度场的分布和密封圈外表面的对流换热系数的方法；Luan和Khonsari等H41研究讨论了层流的机械密封流场，并将能量方程应用于动密封圈和静密封圈之间的收稿日期：2010—12-26作者简介

6、：王国亮(1984·)，助理工程师，研究方向：特种推进湍流流场．本文从Navier—Stokes方程和连续方程出发，建立密封紊流润滑理论模型，联立能量方程、温粘关系、油膜厚度方程、轴瓦热传导方程、轴瓦热弹变形方程等非线性偏微分方程组，进行数值求解，讨论不同转速、进油压力、进油温度和间隙条件下高压周隙密封的性能，分析比较了上述不同几何工况条件下高压周隙密封性能变化规律．1理论研究依据1)无量纲雷诺方程志‘㈦老卜击‘【足’警】=技术篇2011年第五期5u。赤。(再F1)(1)式中，P为油膜压力；凡=

7、f‘未努，‘=r赭，R=r错，其中一Fl／哳为润滑油动力粘度．压力边界条件为：在进油边处，P=p血，Pm为进油压力．在密封的轴向进油边，流体在进入密封间隙时假设受到瞬间轴向加速，进入密封间隙的流体的压力因此小于进入密封之前的压力．两者之间的压降值△p依决于Bernoulli方程：△p=÷(1+f)p[(a。卯。)2+(仅。M。)2]I：。o(2)式中，入口损失系数f设为0．45；系数埘。和／／,。为油膜厚度方向轴向和周向的平均速度；轴向和周向的预旋因子a。和％分别假设为0．9和0．1．在出油边处

8、，采用大气压力条件．2)三维能量方程孵·(M·芸+t，·等+伽·警)=孵‘I"瓦枷。瓦+伽。面J-七·(等等+翔w【㈣+㈦2】(3)式中，r为油膜温度；p为润滑油密度；c。为润滑油比热；．

9、}为热传导系数．在油膜的内外侧泄边的边界条件如下：假设旋转轴温度为进油温度，油膜间隙出油边为对流换热边界条件，油膜与轴瓦界面保持热流连续．以式(4)表示：rI删=咒K·芒l=h。(￡一T)(4)骺If=LK’乱2％·烈；。式中，h。为换热系数．3)润滑油的温粘关系p=‰e一“‘’一m(5)式中，‰为瓦温度对应