基于ANSYS的机械密封副温度场模拟.pdf

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1、机械设计与制造第10期28MachineryDesign&Manufacture2011年l0月文章编号：1001—3997(2011)10-0028—02基于ANSYS的机械密封副温度场模拟汪义高杨昌明向代忠2(’西华大学机械工程与自动化学院，成都610039)(。重庆江东机械有限责任公司，重庆404020)SimulationoftemperaturefieldofmechanicaIsealpairbasedonANSYSWANGYi—gao，YANGChang—ming‘，XIANGDai—zhon

2、g(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，XihuaUniversity，Chengdu610039，China)(ChongqingJiangdongMachineryCo．，Ltd，Chongqing404020，China)中图分类号：TH16，TB342文献标识码：A．1—日∑￡Ij^—吾j—效地解决温度场的计算问题。在进行有限元分析前，还需做以卜假设：机械密封实际工作时，最关键的参数是端面温度，其变化直(1)由于动、静环均具有轴对称结构，边界条件也是

3、轴对称接或间接地反映出密封面问流体膜相态和端面摩擦状态，端面温的，所以温度场的分布也是轴对称的；(2)认为密封端面是平行度过高，会引起密封副磨损加剧、热裂等现象。在进行产品试制的，不考虑密封环力、热变形对温度分布的影响；(3)密封副材料前，很有必要利用有限元法对实际工况下密封副端面温度场的变化进行模拟，有利于减少产品试制次数和试验次数，提前发现设性质和密封介质的性质不随温度变化，密封介质的温度是恒定缺的；(4)密封面}的热流密度在每个单元面上是均匀分布的，但整已有部分学者利用有限元软件对密封副的温度场进行了

4、研个端面分布并不均匀；(5)在机械密封系统在运行一段时间后，机械密封副的温度场处于热平衡状态，是稳态的；(6)课露于气或究，一些科研人员It得到r密封副温度场的分布及变化规律，但是其将动、静环作为⋯·个整体考虑，没有进行热量分配；科研人员背靠辅助密封圈的密封环表面视为绝热。研究时进行lr热分配，但是没有考虑冲洗流体的影响。为了根据以上假设，机械密封副的轴对称稳态热传导方程为：臣准确地模拟温度场的分布，不仅进行了热量分配，而且还考虑p1冲洗流体埘温度的影响，利用ANSYS10．0完成r密封副温度场的数值模拟，

5、．式中：卜温度函数，7'(，r)；。一轴向；r一径向．．2基本假设为了求解方程(1)，得到微分方程的唯一解必须附加边界条由于密封环的结构以及边界条件的复杂性，依靠传统的解件。密封环与密封介质接触处按第二二类边界条件考虑；其余边界析方法很难得到精确的温度场分布，而采用有限元法却能够有上为第二类边界条件。★来稿IJ期：2010一l2-25第1O期汪义高等：基于ANSYS的机械密封副温度场模拟293边界条件的确定4．2温度场模拟过程4．2．1前处理3．1端面摩擦热的计算与分配由于密封环端面温度沿径向发生变化，用温

6、度作为热的边主要包括有限元模型的建立以及网格划分。首先选择合适界条件较为困难。而热流密度q的计算有公式可依，忽略高温对的分析单元类型，分别定义好动、静环的材料性能参数，如密度、弹性模量、导热系数等；由于机械密封环的几何形状、边界条件均介质的影响，将热流密度q加载到端面上，可计算密封副温度场。对于混合摩擦的接触式机械密封，端面摩擦产生的总的热量可用具有轴对称性，再利用ANSYS软件自身的建模功能取密封环纵式(2)求得：截面的一半建立几何模型，如图1所示。将动、静环的几何模型与Q～’V‘AfL2)相应的材料关联

7、起来，考虑到模型的规则性，网格划分采用采用则热流密度q为：映射划分，网格划分完成后，得到有限元模型，如图2所示。QFq：：·(3)其中，各符号含迂见参考文献日。在计算热量的分配时，有多种观点，采用式r31(4)计算：玑／q=l／(1A／hA)(4)图1几何模型其中，各符号含义见参考文献。3．2冲洗流体的影响冲洗是降低密封端面温度，改善密封润滑状态的一种有效措施。一般来说，当PcV>7．OMPgm／s时，必须采取冲洗措施。冲洗流体对于密封端面的作用很难准确描述，冲洗流体对于密封环的图2有限元模型作用可由下列公

8、式H昧出：4．2．2加载和求解=pc／A，(5)通过前面所提到的相关理论公式，呵得到：总热流密度为其中，各符号的含义见参考文献。6．2205x10(w／ln)，热量分配系数为0．632，冲洗流体对密封环的3．3对流传热系数的确定冲洗所产生的对流传热系数为5．68x10(W／m2／I()，与密封流体相要准确描述密封：环表面与密封介质的对流传热系数非常困接触边界的对流传热系数分别为：843．9，1618．49，162