涡轮泵用不同槽型流体动压型机械密封运行特性对比研究

针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介质下雷列槽端面密封流体动压较弱,影响端面开启的主要因素为流体介质静压力;在转速和压力增大的条件下雷列槽存在负动态刚度系数,角向的稳定性较差,存在泄漏风险;激光脸泄漏量较低且处于混合润滑状态,不会因密封端面脱开而引起密封动态不稳定;槽深5μm与槽深3μm激光脸相比有更大的开启力与较低的相变率,综合性能更优;螺旋槽结构动压效应较强,其开启力随转速和压力的线性变化都保障了密封环的追随性;螺旋槽结构具有较强变工况适应性,但泄漏量水平始终较高。

氨基酸发酵罐内部气液流动特性研究

基于Euler-Euler双流体模型和群体平衡模型,应用多重参考坐标系(MRF)方法,运用Fluent分析发酵罐内由圆盘涡轮式搅拌器和翼型轴流式的三层搅拌器内部的流体特性,计算发酵罐内部的氧气气含率及气泡大小。结果表明:上两层搅拌器产生轴向流动,最下层搅拌器产生径向流动,相互作用形成循环流场。氧气分布比较均匀,在搅拌轴和换热管附近有氧气集中的现象;罐内部的整体气含率为2.22%,模拟计算得到发酵罐的搅拌功率为117.81 k W。采用计算流体动力学方法对发酵罐的研究结果具有工业应用价值,而在研究过程中用到的理论方法在解决问题时具有一定的理论意义。

基于FLUENT的文丘里管稳流性能数值模拟

采用可实现k-ε湍流模型和Zwart空化模型对某种文丘里管规定工况下的空化流动进行了数值模拟,得到流量变化曲线,有效预测空化区域。选取管路喉部管径d分别为3 mm、5 mm、7 mm、9 mm;选取喉部到入口之间距离L为60 mm、40 mm、20 mm。得出结论:水力空化现象是文丘里管稳流作用的主因;喉部管径影响空化稳流性能,d为9 mm时流量增幅最大为0.13m^3·h^-1,d为3mm时流量增幅最小为0.02 m^3·h^-1;喉部与入口的距离主要影响水力空化的初生,L为20 mm空化初生入口压力最小为10.77 MPa,L为60 mm,空化初生入口压力最大为10.98 MPa。

矿用设备LCD驱动控制芯片的研究

针对目前煤矿设备中因LCD控制芯片故障率高导致的维护成本高的问题,结合TFT/CSTN-LCD驱动原理,综合运用了LVDS传输技术,对低成本、高数据传输速率的LCD驱动控制芯片进行了研究。根据芯片的功能要求,完成了控制芯片逻辑部分(MPU接口模块、时钟产生模块以及RAM控制模块)的设计,使之RAM读写设计方案的逻辑功能可靠性高,能很好地实现低功耗控制芯片的高性能应用。

空化对液膜密封流场特性及密封性能的影响

为进一步探索液膜空化对密封性能的影响,以螺旋槽液膜密封为研究对象,基于JFO空化模型及坐标变换建立其数学模型并采用有限体积法离散求解。探讨Reynolds和JFO两空化边界下的密封速度场和流量场分布规律以及空穴压力对密封性能如承载能力和摩擦扭矩等影响。结果表明:空穴区的形成具有动态性,速度矢量在空穴区内部为0,在液膜始破边界和靠近内径处的液膜重生边界上速度矢量朝向空穴区,而在靠近外径处的液膜重生边界上速度矢量远离空穴区;液膜流量场主要集中于槽区内且JFO空化边界下的流量场分布比Reynolds空化边界下值更为密集;空穴压力的增加可提升液膜承载能力但增幅较小,而对摩擦扭矩的影响可忽略不计。

四层搅拌式不锈钢反应釜内部流体速度场研究

采用计算流体力学(CFD)对实际生产中的不锈钢反应釜的内部流场进行数值仿真模拟,分析流场的速度场分布,采用Euler-Euler多相流模型和滑移网格理论。最后得出结论:在四个搅拌桨叶所在区域的流体流速较大,在搅拌桨和釜体壁面的共同作用下,流场形成尺寸不同的涡流和径向流,并同时形成流体流动死区。

接触式机械密封混合润滑状态摩擦演化规律研究

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,为探究其混合润滑状态下摩擦机理,结合粗糙面弹塑性模型,求解考虑密封端面粗糙度效应的雷诺方程,探究了转速和介质压力等工况条件对密封混合润滑状态密封摩擦参数的影响,推导了密封声发射波能量公式,将密封混合润滑状态分为磨损期和稳定期,应用1.5维谱理论提取密封特征频率,探究混合润滑状态摩擦演化规律.研究结果表明摩擦参数影响密封声发射波能量幅值且密封摩擦形式随混合润滑状态发生变化:在磨损期,微凸体接触特征频率幅值较大,密封端面间摩擦以微凸体接触为主;在稳定期,流体膜黏性剪切摩擦特征频率幅值变大,黏性剪切效应增强,密封端面只存在局部微凸体接触.所得结论对接触式机械密封混合润滑状态摩擦机理的研究具有一定的理论指导意义.

涡动对液膜密封空化及动压性能影响

为进一步探索涡动现象对液膜密封性能影响,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立螺旋槽液膜密封涡动模型,探讨密封环涡动半径、涡动速度对液膜密封空化分布及密封动压性能的影响。结果表明:涡动半径对液膜承载能力和泄漏量影响较小,但显著影响液膜空化率和倾覆力矩,尤其是正向涡动时;涡动速度对液膜空化率和密封动压性能影响显著,正向涡动时具有促进作用,反向涡动反之;在相同工况时,正向涡动对密封动压性能的影响好于反向涡动的影响。

考虑涡动工况的螺旋槽液膜密封性能分析

为进一步探索液膜密封性能影响机制,以上游泵送螺旋槽液膜密封为研究对象,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立密封环涡动模型并基于圆形涡动轨迹,探讨了不同操作工况如压差、转速和膜厚时,涡动方向对密封性能和液膜空化影响。结果表明:正向涡动在变压差和变转速时均可提升液膜承载能力但加剧了泄漏量,反向涡动虽减小泄漏量但较大幅度降低液膜承载能力,不利于密封稳定性;变膜厚时,反向涡动显著降低液膜承载能力,而较大膜厚时正向涡动提升液膜承载能力相对较小;正向涡动有效促生液膜空化,而反向涡动在变压差时有助于抑制液膜空化但低速时对其无影响,并且受膜厚影响较小。

流固耦合的搅拌器振动特性

采用LMS Test.Lab振动测试系统,用敲击法测量了某搅拌器在自由状态和固定约束两种条件下的振动特性,并用有限元法数值模拟计算该搅拌器的振动模态,两者对比吻合较好,低阶固有频率相对误差均在10%之内,证明采用有限元法计算搅拌器模态特性是可行的。搅拌器通常在具有约束和液体(选择水介质)存在的条件下工作,基于流固耦合理论,采用有限元法计算在具有预应力和流体介质下的搅拌器振动特性,在液体的阻尼下,搅拌器低阶固有频率有所减小。在搅拌器设计时考虑液体环境内搅拌器的固有频率,有利于搅拌装备的稳定性,提高产品的使用寿命。

基于实验和CFD的搅拌反应器机械特性分析

搅拌主轴的强度和驱动功率是搅拌反应器设计中的重要参数。通过搭建包括驱动电机、扭矩传感器、搅拌主轴、搅拌容器和控制系统等的搅拌反应器扭矩测试装置,采用Lab VIEW和32位微处理器STM32为控制器控制驱动电机并通过与驱动电机相连的扭矩传感器测量主轴的扭矩,进而计算了主轴的实际驱动功率。采用Fluent软件对相同结构的搅拌反应器进行CFD数值模拟,分析搅拌反应器的流体特性,计算搅拌轴的驱动扭矩,计算驱动功率。得到如下结论,实验结果与CFD数值模拟结果相差5.2%之内,两者吻合较好,CFD分析结论可以给实际工程应用提供依据。

基于FLUENT的核电用文丘里管稳流性能研究

采用Realizable k-？湍流模型和Zwart空化模型对某核电用空化型文丘里管的空化流动进行了数值模拟。模拟在特定工况条件下文丘里管内流动情况,得到流量变化曲线,预测空化区域,分析稳流原理和规律。模拟不同喉部直径文丘里管稳流性能,探究喉部直径变化对空化的影响。研究结果表明：随着入口压力的增大,文丘里管将发生空化塞流。将流量变化控制在一定范围内,达到相对稳流的作用。稳流时,管路压力每升高0.1 MPa,流量增加0.06 m3·h-1;喉部直径的尺寸直接影响水力空化初生与流量增幅;在一定范围内,文丘里管喉部直径大,空化流动发展迅速且流量增幅大,喉部直径小,管路流量增长幅值小。