椭圆微孔端面机械密封泄漏率与几何收敛点的关系

采用解析法和数值计算相结合的方法,解释椭圆微孔端面机械密封的方向角所引起的几何特性改变如何影响到泄漏率.首先,得到了不同方向角下,椭圆沿速度方向上的几何收敛点的解析解.然后,基于质量守恒的JFO空化边界条件建立数值计算模型,分析了液膜的压力分布,并使用最高压力点的坐标来近似表征高压区的位置,得到了方向角与最高压力点的关系.接着,通过对比,发现几何收敛点和最大压力点位置一致,并分析了原因.最后,分析了在不同结构参数和操作参数下方向角对泄漏率的影响规律,通过分析得到,方向角的改变,使几何收敛点的位置发生改变,从而改变高低压区的分布,当高压区靠近泄漏出口时,泄漏率大;当高压区远离泄漏出口时,泄漏率小.

倾斜椭圆微孔端面上游泵送气体密封流体动压特性

对倾斜椭圆微孔上游泵送气体密封的流体动压特性开展研究,对转速、密封压力、密封间隙等不同操作参数和方向因子、倾斜角、孔深以及面积比等微孔参数对密封端面动压开启力和泄漏量进行了数值分析.结果显示:倾斜椭圆微孔上游泵送气体密封可产生明显的流体动压效应,文中计算条件下动压效应使得开启力的增幅可达50%;高速条件下,倾斜椭圆微孔上游泵送气体密封可形成完全的反向泄漏.

椭圆微孔截面形状对机械密封动力润滑性能的影响

基于Navier-Stokes方程,建立单一椭圆型微孔端面不可压缩牛顿流体的三维CFD动力润滑模型,研究不同截面形状椭圆微孔机械密封的动力润滑性能,分析截面形状为矩形、梯形和三角形的椭圆微孔对端面液膜承载力、摩擦力和摩擦因数的影响。结果表明:在微孔其他参数恒定情形下,微孔深度与端面间隙比值H*<0.8时,矩形截面微孔的动力润滑性能占优,0.8≤H*<1.8时梯形截面微孔的动力润滑性能占优,H*≥1.8时三角形截面微孔的动力润滑性能最好;微孔倾斜角为45°时3种截面形状下都取得了最好的动力润滑性能,且梯形截面动力润滑性能最好;微孔长宽比1.5≤γ<2时梯形截面形状的微孔端面动力润滑性能最好,但当γ>2时矩形截面形状的微孔端面动力润滑性能最好。

点源椭圆微孔衍射的一种数值算法的探讨

由基尔霍夫衍射公式得到点源椭圆微孔衍射的积分式,探讨了一种数值计算法,用Matlab软件模拟三种点源椭圆微孔衍射场,能够在半导体激光的传输变换和成像系统的像差分析及光信息处理中调制与滤波等方面发挥作用。

机械密封椭圆微孔端面动力润滑性能

为了深入探讨机械密封椭圆微孔端面的动力润滑性能,应用计算流体力学软件FLUENT,基于Navier-Stokes方程,建立单一椭圆型微孔端面不可压缩牛顿流体的三维CFD动力润滑模型,分析微孔深度、倾斜角、长短轴之比以及雷诺数对液膜承载力和微孔端面摩擦因数的影响。结果表明:当其他因素不变且仅考虑单一因素的影响时,微孔深度为端面间隙的1/2时液膜承载力最大、摩擦因数最小,端面间的液体动力润滑性能最好;倾斜角为45°时,液膜承载力有最大值,摩擦因数有最小值,端面间液体动力润滑性能也达到最佳;随椭圆微孔长宽比的增加,液膜承载力增大,摩擦因数减小,液体动力润滑性能提高。

影响椭圆微孔端面机械密封回吸现象的参数研究

为研究回吸现象对泄漏率的影响,基于Fluent多相流空化模型,建立椭圆微孔端面机械密封间隙液膜的三维数值计算模型,并从原理上分析影响回吸现象的因素。结果表明:回吸越强,泄漏率越低,甚至是零泄漏;回吸现象的影响参数可以分为两类:影响动压效应的参数,如转速、内外径压差、空化压力;造成低压区与密封间隙出口截面间距离改变的参数,如方向角(椭圆长轴与水平轴逆时针夹角)、椭圆形状因子(椭圆长短轴比)。探讨各因素对椭圆微孔端面机械密封回吸现象的影响。结果表明,回吸的强弱与转速、椭圆形状因子正相关,与内外径压差、空化压力负相关,与方向角的关系类似正弦曲线。

倾斜椭圆微孔端面机械密封的回吸现象及对泄漏量影响

目前研究成果直接或者间接表明机械密封端面加工孔或槽可能会产生间隙流体的回吸,从而减少泄漏量,回吸的现象和机理都需要深入研究。基于Fluent多相流空化模型,针对倾斜椭圆形微孔端面机械密封,建立了其中1个微孔周期的间隙流体的3维数值计算模型,通过改变内外径压差、转速等密封工况参数,研究了回吸现象产生的原因以及回吸现象对泄漏量的影响。首先,通过流动因子判定流动状态、网格无关性分析确定网格尺寸,并于文献计算结果对照,保证了计算模型的正确性。然后,通过数值模拟实验,在靠近泄漏侧微孔单元的r-θ平面流线图和密封间隙出口截面径向速度云图中直接观察到了回吸现象。随后,分析了r-θ平面的压力场、径向方向速度场,结果表明,由于微孔而存在发散间隙,因为动压效应引起出口附近的流体压力降低,低于密封间隙出口压力,造成了间隙流体产生回吸现象。回吸现象因流体动压效应的增强而增强,压力的降低将导致空化现象,空化效应阻止了回吸的增强。最后,通过分析外泄量和回吸量曲线,研究了回吸现象在不同内外径压差Δp和转速n下的变化规律。随着回吸现象的出现,泄漏量会出现明显的降低,甚至会出现零泄漏。可以利用倾斜微孔的回吸现象降低机械密封的泄漏量。

高速气流阻塞效应对倾斜微孔端面密封动压特性的影响

以倾斜椭圆微孔端面为研究对象,考虑出口阻塞效应和入口压力损失,对高速气流润滑密封动压特性展开理论研究.采用数值方法重点分析不同密封压力、转速等操作参数和端面宽度等几何参数以及方向因子、倾斜角、孔深及面积比等微孔几何参数下,阻塞效应对开启力和泄漏量等密封特性参数的影响规律.结果表明:入口压力损失使入口处压力降低,出口阻塞效应使出口处压力抬升,导致端面开启力和泄漏量降低.随着转速和密封压力的增加,阻塞效应增强,与强制压力边界下的值相比,当密封压力为10 MPa,转速为50 000 r/min时,开启力降低可达5%以上,泄漏量可降低67%以上.当孔深取2~4μm,微孔倾斜角取20°~40°时较易获得优异的动压开启性能.