基于CFD的微孔端面机械密封液膜动压分析

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基于CFD技术的内流式液压锥阀液动力分析与实验研究的开题报告

基于CFD技术的内流式液压锥阀液动力分析与实验研究的开题报告一、选题背景及研究意义随着液压系统的广泛应用，液动力学问题逐渐受到了人们的关注。

内流式液压锥阀作为液压系统中常用的控制元件，在液动力学方面的研究也逐渐引起了学者们的兴趣。

内流式液压锥阀的稳定性、流量特性、动态响应等液动力学问题，直接关系到液压系统的控制性能和效率。

因此，开展基于CFD技术的内流式液压锥阀液动力分析与实验研究，对于指导液压系统的设计、优化和控制具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容和技术路线1.研究内容（1）采用CFD技术对内流式液压锥阀进行数值模拟分析，探究其液动力学特性，分析不同工况下的流场变化及压力分布情况。

（2）根据CFD数值模拟结果，设计并制作内流式液压锥阀的实物样机，进行实验研究，并与数值模拟结果进行对比分析。

（3）分析并比较不同结构参数对内流式液压锥阀液动力学性能的影响，通过优化设计内流式液压锥阀的结构参数，提高其流量特性和控制性能。

2.技术路线（1）建立内流式液压锥阀的三维模型，并导入流体力学仿真软件进行数值模拟分析。

（2）在数值模拟的基础上，设计制作内流式液压锥阀的实物样机，进行实验研究。

（3）对内流式液压锥阀不同结构参数进行分析比较，确定优化设计方案。

三、研究预期成果（1）获得内流式液压锥阀不同工况下的流场变化及压力分布情况，并分析液动力学特性。

（2）制作完整的内流式液压锥阀实物样机，并进行实验验证。

（3）通过分析比较不同结构参数对内流式液压锥阀液动力学性能的影响，确定内流式液压锥阀的优化设计方案，提高其流量特性和控制性能。

四、研究计划及进度安排1.研究计划（1）文献调研和理论研究：1个月。

（2）建立内流式液压锥阀的三维模型，并进行数值模拟：4个月。

（3）制作内流式液压锥阀的实物样机，并进行实验研究：6个月。

（4）分析比较不同结构参数对内流式液压锥阀液动力学性能的影响，并确定优化设计方案：3个月。

（5）论文撰写和答辩：3个月。

以CFD方法研究液压集成块设计策略

第50卷第1期2010年1月大连理工大学学报Journal of Dalian U niversity of T echnologyV ol.50,N o.1Jan.2010文章编号:100028608(2010)0120070205以CFD 方法研究液压集成块设计策略张　宏3,　王永安,　田树军,　曹宇宁(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁大连　116024)摘要:为使设计的液压集成块具有良好的通流品质,运用计算流体动力学(CFD )方法研究了其流道内部的流动特性.研究结果表明,孔道的布局及连通关系设计对块体性能优劣产生重要影响.在布局上具有相似性的孔道连通结构,应优先选择同面或邻面的布局方式;为提高孔道通流品质,根据工艺孔道结构与流道压降之间的关系,提出满足结构需求前提下缩短工艺孔道长度、增大孔径的优化设计方向,并通过计算低雷诺数局部阻力系数对直角转向的性能品质影响进行直角转向优化设计.从性能角度确立了集成块结构优化设计策略,为液压集成块性能约束与结构约束相结合进行全局性寻优设计奠定了基础.关键词:液压集成块;CFD ;性能约束;结构约束;设计策略中图分类号:TP391.9文献标志码:A收稿日期:2007212204;　修回日期:2009211204.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375023).作者简介:张宏3(19772),女,讲师,E 2mail :jxzh @.0　引　言液压集成块作为液压阀及其他附件的承装载体,其设计过程可以分为外部元件的布局设计和内部孔道的连通设计[1].目前,国内外所见的各种集成块CAD 研究,主要围绕结构设计进行.文献[2、3]运用人工智能和CAD 技术相结合解决集成块的元件布局和孔道设计问题;文献[4]将集成块的设计过程分为液压阀布局、油路概念设计、油路详细设计和集成块校核4个阶段,借助虚拟装配技术进行集成块的快速设计;文献[5、6]应用遗传算法、模拟退火算法及人机结合的智能虚拟设计模式进行集成块的优化设计,实现了外部布局和内部布孔集成方案的自动优化.评价一个布局方案的优劣,不仅要依据块体体积、工艺孔数目及孔道长度等结构指标,还要分析该布局方案下的连通孔道是否具有好的通流品质.在孔道连通设计阶段,尽管构成的流道在结构上皆可实现连通,但其通流性能往往有明显差别.因此,在液压集成块的设计过程中,只有将通流性能指标纳入以布局设计及孔道连通设计为核心的结构设计当中,获得的设计结果才对工程实际更具现实意义.基于此,本文用计算流体动力学(CFD )方法对流道的流动特性进行研究,分析以优良通流品质为目标的性能约束条件,将其纳入结构设计约束并进行综合寻优,确立结构与性能兼优的集成块设计策略.1　液压集成块流道模型如图1(a )所示,集成块模型的进、出流孔道与外部的两个液压阀相连,在内部通过一条工艺孔道实现连通,并由此构成两个局部阻碍结构(直角转向).当液压阀在块体表面进行同面、邻面及对面布局时,随之可构成在结构上具有相似性,并且皆可满足连通要求的三类流道,如图1(b )所示.为方便说明,假设入流孔道通径d 1大于出流孔道通径d 2.图1　集成块流道模型Fig.1　Channel model of HMB2　数值计算方法数值计算采用FL U EN T作为CFD求解器[7],本文是研究流道的稳态流动特性,可假设流体是粘性不可压流体,则流体运动的控制方程为・v=0(1) (v・v=-1ρp+ν2v(2)式中:v是速度矢量,p是压力,ρ是密度,ν是运动黏度.方程雷诺应力项的平均是基于Boussinesq 假设,求解过程采用标准k2ε紊流模型.控制方程的离散方法是有限体积法,为避免数值振荡现象和提高计算精度,对流项采用二阶迎风格式进行离散,而扩散项的离散则采用中心差分格式.边界条件是采用速度入口及出口自由出流的搭配方式,其他约束条件皆是固定无滑移壁面,速度的大小根据下文所要研究的问题而定.以非结构化网格对计算域进行网格划分,为提高数值计算结果的准确度,保证划分的网格数目与计算结果不相关.在贴体坐标系下,采用SIM PL E算法迭代求解各变量的离散方程.3　计算结果及规律分析3.1　布局设计对通流品质的影响图2所示曲线表明了3类组合流道的阻力特性,尽管3类流道的结构具有相似性,但三者的阻力特性却有明显的差别,而且三者的差别随着流量的上升表现得越发明显.由图中曲线可知:Ⅰ类流道的阻力特性最弱,Ⅲ类流道的阻力特性最强,即Ⅰ类流道的通流品质最优,而Ⅲ类流道的通流品质最差.这也表明,尽管液压阀的3种布局在结构设计中不存在优先级,但在三者都满足结构设计要求的前提下,为提高流道的通流品质,可优先将两液压阀进行同面或邻面布局.图2　流道压降与布局方式的关系Fig.2　Pressure2drop of channel versus layout mode为了解释布局方式与流道压降的内在关系,分别在3类流道上选取如下截面:截面①位于上游直角转向的上游,截面②位于两直角转向的中间,截面③位于下游直角转向的下游.如图3所示,3类流道在截面①上的速度分布均匀并且相同,而截面②上的速度分布也近似相同,故三者在截面①②之间区域上的压降几乎相等.图3　组合流道的速度分布(L=4D)Fig.3　Velocity distribution of combined channel(L=4D)然而,截面②③间的压降却因流道的组合方式而异.从图3不难发现,Ⅰ类流道上截面②的流核(截面上的高速度区域)偏向于下游直角转向的外侧壁,而截面③的流核也偏向于它的外侧壁,表明流核在经过下游直角转向后几乎未产生相位转变;对于Ⅱ类流道,受组合方式的影响,截面②的流核偏向于下游直角转向的旁侧壁面,而截面③的流核偏向于该转向的外侧壁,说明流核产生了90°的转变;而对于Ⅲ类流道,截面②的流核偏向于下游直角转向的内侧壁,而截面③的流核靠近它的外侧壁,即流核实现了180°反相.流核发生角度转换的根源在于流体质点间的动量交换,动量交换越剧烈,则流体损失的能量就越多.这即为Ⅰ类流道压降最小,Ⅲ类流道压降最大的原因.3.2　孔道连通设计对通流品质的影响孔道连通设计包括工艺孔道、进出流孔道及17　第1期　张宏等:以CFD方法研究液压集成块设计策略局部阻碍(直角转向),它们都对流道的通流品质产生影响,现将分别讨论之.(1)工艺孔道长度在液压阀规格尺寸、安装空间及孔道安全壁厚许可的前提下,减小工艺孔道长度L 有助于提高液压集成块的结构紧凑性及体积缩减.图4表明了流道压降Δp 与工艺孔长度L 的关系,其中D 表示工艺孔的通径.本文将以Ⅰ类流道为例揭示其压降随工艺孔长度变化的原因.如图5所示,当L <1.5D 时,截面①上的流核全部位于截面中央,而截面②上的流核随着L 增加从直角转向的内侧移向截面中央,表明流核在前、后两截面上的位置变化呈现减小的趋势;如3.1中所述,流核的位置变化越小,则①②截面间的能量损失越少.当流体通过截面②③时,在两截面上流核的位置变化量亦随L 增加而趋于减小,使得②③截面间的损失也趋于降低.纵观全程,在L <1.5D 时Δp 随L 的增加而降低.而当L >1.5D 时,经直角转向扰动的流速在工艺孔道上进行调整,局部损失得以部分表现,并随L 的增加而表现得越充分,故此时Δp 又随着L 增大而呈现上升趋势.限于篇幅,L >1.5D 时截面的速度分布图不再单独给出.(a )Ⅰ类流道(b )Ⅱ类流道(c )Ⅲ类流道图4　流道压降与工艺孔长度关系Fig.4　Pressure 2drop of channel versus length of technologicalhole图5　Ⅰ类组合流道的速度分布Fig.5　Velocity distribution of combined channel ⅠⅠ类流道的两个液压阀布置于同面,受液压阀安装底面的尺寸限制,工艺孔长度L 在0～4D 的情况不可能出现;当L >4D 时,Δp 随着L 增加而升高,因此减小L 有利于集成块体积的缩减及通流品质的提高.而Ⅱ、Ⅲ类流道的液压阀是异面布置,L 可以在0～4D 取值,此时流道的通流品质随着L 的增加而提高;另一方面,L 增加必然增大了集成块体积.分析图4(c )中Q 3流量下的曲线可知,当L 从1.7D 增大到5D 时,液压集成块的体积增大很明显,但Δp 仅降低了0.04M Pa.这表明为进一步提高通流品质而加长工艺孔道的方法并不可取.此时,应优先满足结构设计的要求,即适当缩短工艺孔以求紧凑结构和缩减块体体积.(2)工艺孔道通径进、出流孔道的通径d 1和d 2由液压阀的规格决定,但工艺孔通径D 却不唯一确定.为减小孔道干涉的可能性及增强结构紧凑性,设计集成块时应该选择小通径的工艺孔道.另一方面,流道的通流品质却对工艺孔通径提出不同要求:如图6所示,随着工艺孔通径D 的增大,阻力特性曲线斜率减小,流道的通流品质随之提高;当D 从d 1增大到d 2时,流道的阻力特性明显降低,但从d 2增加到d 3时,尽管D 的增幅高达40%,但流道的27大连理工大学学报第50卷　阻力特性并未明显减弱,这表明当D >max (d 1,d 2)时,采用增大工艺孔通径的方法不能显著提升流道的通流品质.综合考虑结构设计与通流品质双方面的设计要求,工艺孔道通径D 取max (d 1,d 2)为最佳.图6　流道压降与工艺孔通径关系Fig.6　Pressure 2drop of channel versus diameterof technological hole(3)直角转向结构直角转向是工艺孔道与进、出流孔道正交产生的,工艺孔道的通径D 一经确定,其长度和位置就决定了直角转向的结构.现以O (0,0)为原点建立如图7所示的坐标系,则顶点P (x ,y )对应确定了直角转向的结构.常见的直角转向有如下3类:a :x =0y =b :x =0.5(d 1+d 1cot 59°+δ・d 1)y =-0.5d 1cot 59°c :x =0.5d 1cot 59°y =-0.5(d 1+d 1cot 59°+δ・d 1)式中:d 1表示入流孔道直径,δ是加工余量系数.图7　直角转向结构Fig.7　Right 2angled diversion局部阻力系数是评价局部阻碍通流品质的常用方法,本文计算出雷诺数为1720时直角转向的局部阻力系数,以此量化评价三者的通流品质.计算方法如下:ζ=Δ(ΔH )max (v 21,v 22)/2g(3)式中:Δ(ΔH )表示局部阻碍引起的机械能损失,v 1和v 2分别是局部阻碍上、下游的平均速度,g 是重力加速度.计算结果见表1.表1　直角转向的局部阻力系数Tab.1　Local resistance coefficient ofright 2angled diversion类型δζa - 5.450.1 1.10b0.3 1.280.6 1.360.10.82c0.30.840.60.87可以看出,b 、c 两类结构的计算数据与文献[8]提供的数据(0.9～1.2)较为接近.但表中的数据不仅考虑了因δ产生的结构差异,而且给出了相应的雷诺数,即它的适用条件更加明确,故本文结果具有较高的可信度.表1中的数据表明,a 类直角转向的性能最差,c 类直角转向的性能品质最优,设计流道时应优先选择c 类直角转向;b 、c 两类直角转向的局部阻力系数都随δ的增大而增大,表明减小δ有利于提高流道的性能品质,而且,减小δ可缩减工艺孔道冗余腔,对缩减集成块体积也极为有利.(4)进、出流孔道长度由于入流孔道的孔道长度正比于沿程损失,缩短入流孔道可提高流道的通流品质.出流孔道上的损失是局部损失与沿程损失的掺杂,缩短其长度亦可减少能量损失;然而当孔道出口处于压力恢复区时,又会造成流道通流品质的下降.考虑到集成块的结构紧凑性及通流品质要求,模型中进、出流孔道的长度可以适当缩减.4　结　论(1)对于结构上具有一定的相似性,但布局方式不同的3类流道而言,其通流品质存在明显的差异,以Ⅰ类流道的通流品质最优,Ⅱ类流道次之,Ⅲ类流道最差.在实施元件布局设计时,应优先选择同面或邻面的布局方式.37　第1期　张宏等:以CFD 方法研究液压集成块设计策略(2)孔道连通设计与集成块流道的通流品质关系密切,综合集成块结构与通流品质两方面的设计要求,(a)进行流道设计时应该适当缩短工艺孔道的长度;(b)工艺孔道通径以取进、出流孔道中的较大者为宜;(c)计算得出的直角转向的局部阻力系数表明,孔道连通设计中以采用c类结构为最佳,而且应该选择小的加工余量系数;(d)适度缩短进、出流孔道不仅有助于提高流道的通流品质,而且有利于集成块的体积缩减.参考文献:[1]田树军,李利,冯毅.基于计算智能的液压集成块优化设计[J].中国机械工程,2003,14(17): 149221495[2]CHAMBON R,TOLL ENA ERE M.AutomatedA I2based mechanical design of hydraulic manifoldblocks[J].Computer2Aided Design,1991,23(3): 2132222[3]TOLL ENA ERE M.Benefits of an object basedapproach for the development of an intelligent CAD system[C]//Proceedings of AIENG′92Applications of Artif icial I ntelligence in E ngineering.New Y ork: Elsevier,1992[4]高卫国,徐燕申,牛文铁.基于广义装配的液压集成块设计过程建模[J].天津大学学报,2006,39(4): 4432448[5]周惠友,钟廷修.液压集成块路径优化设计[J].上海交通大学学报,35(12):184221845[6]FEN G Y i,L I Li,TIAN Shu2jun.Optimizationdesign of hydraulic manifold blocks based on human2computer cooperative genetic algorithm[J].Chinese Journal of Mechanical E ngineering(E nglish Edition),2003,16(3):3172320[7]FL U EN T INC.Fluent6.1USERS Manu al[M].NewHampshire:Fluent Inc.,2001[8]林建忠,阮晓东,陈邦国,等.流体力学[M].北京:清华大学出版社,2005:2392244Study of design strategy for hydraulic manifold block by CFD method ZH ANG　H ong3,　WANG　Y ong2an,　TI AN　Shu2jun,　CAO　Y u2ning(Key Laboratory for Precision&Non2traditional Machining Technology of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian116024,China)Abstract:To design hydraulic manifold block(HMB)wit h high t hrough2flow quality,calculated fluid dynamic(CFD)met hod is utilized to st udy t he flow characteristics for internal channel.The st udy result s show t hat t he layout and connectio n relationship of t he channel has great influence on t he performance of HMB.In t he layout way which has a similar st ruct ure of channel connectivity,p riority should be given to t he same surface or neighborhood surfaces.To improve t he quality of channel flow, according to t he relationship of craft pore st ruct ure and pressure drop,t he optimal design direction is p ut forward,which includes reducing t he lengt h of craft pore,increasing t he craft pore diameter and so on.And t hen,by calculating t he local resistance coefficient wit h low Reynolds number on t he performance of right2angle t urn,t he design of right2angle t urn is optimized.HMB st ruct ural optimization design st rategy is established from a performance point,which makes foundation for t he overall optimization design of HMB combined wit h performance const raint s and struct ural co nstraint s. K ey w ords:hydraulic manifold block;CFD;performance const raint;struct ural const raint;design st rategy47大连理工大学学报第50卷　。

机械密封端面的动压效应研究

Ｐｄ
图１倾斜端面密封模型
ｌ机械密封端面间动压的产生
根据文献【Ｊ如果两个相对运动平面问间隙出１，现收敛形状，会出现动压。机械密封端面倾斜时则
的模型如图１所示。间隙内流体的动压效应可通过
式中：＝ｈ
Ｒ：口参数）
（标２１的参数分别代表密封出、下、入
图２为机械密封端面动压分布。
动环
封端面间液膜的闪蒸使开启力迅速增大，致密封导
端面瞬时开启ＨＪ但实验同时，们发现的端面间。我动压效应在机械密封失效过程中的作用同样不可忽视。不同的是，于常处于汽液两相的热油泵机械对密封，压效应的产生是被动出现的，在端面开启动它过程中产生；对于全液相密封，动压效应的产生而其是在机械密封安装时端面本身不平行产生的，况工变化只是个诱发因素而已，此，究动压的产生及因研动压对机械密封工作稳定性的影响十分重要。
式中：， — 密封动静环间倾斜角，ａ） — ｒｄ
【要】通过机械密封端面运动状况实验，摘
讨论了机械密封端面倾斜而产生的动压效应对端

考虑端面液膜压力的机械密封受力变形分析

２０１３年１２月第３８卷第ｌ２期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｄｅｃ．２０１３
Ｖｏ１．３８Ｎｏ．１２
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１３．１２．０１４
ｎａｌｌｏａｄｓ，ｔｈｅｃｏｅｘｉｓｔｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｌｏｃａｌｃｏｎｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｌｏｃａｌｃｏｎｔａｃｔａｒｅａｅｘｉｓｔｓｏｎｔｈｅｅｎｄｆａｃｅｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｅａ１．Ｔｈｅｓｔｒｏｎｇｌｙｃｏｕｐｌｅｄｍａｐｐｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｅｘｉｓｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｌｕｉｄｉｆｌｍｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｎｅｄｅ —
ＹａｎＧｕｏｐｉｎｇＸｉｅＸｉａｎｇｐｅｎｇ
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＷＩＳＤＲＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３０２２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

机械密封端面的膜压分布分析

ＬＩＪｎ－ｉＹＥＷｅ — ｉｇＬＩＴｉｎｙｎ，ＬＩａＵｉｇｘ，ｎｂｎ，ａ —ｕＵＦｎ
Hale Waihona Puke （ｃｌｙｏａｆｃＳ：ｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＦａｕｔｆＴｒｆｉｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｙｏｉａｈｎｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＷｕａ３０４，Ｃｈｎ）ｃｅｃｎｃｎｌｇ，ｈｎ４０７ｉａ
布，沿周向呈正弦曲线分布，并给出具体算例结果。关键词：机械密封；端面；膜压分布；分析
中图分类号：ＴＨ３１６
文献标志码：Ａ
ＴｈｅＡｎａｙｉｆＰｒｓｕｅｏｕｄＦｉｍｆＭｅｈａｃｌＳａ ’ ｄＦａｅｌｓｓｏｅｓｒｎＦｌｉｌｏｃｎｉａｅｌＳＥｎｃ
维普资讯
石
油
化
工
设
备
２００７年
第３卷６
１２机械密封端面膜压分布微分方程．
ｑｕｔｏｎｏｈｅｆｕｉｉｍ．ａｉｆｔｌｄｆｌＴｈｅｅａｉｈｑｕｔｏｎｓｏｗｈａｈｅｄａｃｐｅｓｅｏｌｉｉｍｓａｓｍｉａ — ｔｔｔｙｎｍｉｒｓｕｒｆｆｕｄｆｌｉｉｌｒｐａｒｂｌｎａａｄｒｃｉｎｎｉｃｒｕｅｅｔａｄｒｃｉｓｓｎｕｏｄａｏａｉｒｄｉｌｉｅｔｏａｄｎｉｃｍｆｒｎｉｌｉｅｔｏｎｉａｉｓｉ．Ｔｈｅｘｍｐｌｒｓｌｉｅａｅｅｕｔｓ

微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟

孔端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟，得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量．改变微孔
深径比再次模拟。得到不同参数下流场所对应的压力分布、速度分布及泄漏量，析在同一液膜厚度情况下Fra bibliotek，分微孔
深径比对端面机械密封性能的影响．结果表明：当深径比ｅ．时泄漏量最小，＝Ｏ１可获得最佳密封效果关键词：机械密封；端面微孔，泄满量，Ｆ）Ｃ１
ｕａｉｎｗａｄｔｕｎｏｔｒｏｈｈｅ－ｉｎｉｎｆｗｉｌｎｔｅｉｔｒａｃｏｓａｅｇｐｌｔｏｓｍａｅｗｉＦｌｅｔｓｆｗａｅｆｒｔｅｔｒｅｄｍｅｓｏｌｆｄｉｈｎｅｎｌｍｉｒ－ｃｌａｓｈｏｅｕｄｒａｓｅｉｌｃｎｉｏｆｔｅｍｉｒ－ｏｅｔｈｄｏｎａｅｏｈｅ１ｎｅｐｃａｏｄｔｎｏｈｃｏｐｒｓｅｃｅｎｏｅｆｃｆｔｅｓａ．Ｔｈｉｔｉｕｉｎｆｐｅｓｒｉｅｄｓｒｂｔｓｏｒｓｕｅｏａｄｖｌｃｔｔｉｈｌｗｉｌｎｈｉｕｄｌａａｅｗｅｅｏｔｉｅ．ｅｅｔｒｅｐｒｏｍａｃｓｗｅｅｒ－ｎｅｏｉｗｉｎｔｅｆｙｈｏｆｄａｄｔｅｌｉｅｋｇｒｂａｎｄＴｈｓｈｅｅｆｒｎｅｒｅｅｑｓｍｕａｅｈａｅｏｉｅｅｔｅｔｏｄａｔｒｒｔｏ．Ｔｈｎｌｅｃｆｈｅｔｏｄａｔｒｒｔｏｏｉｌｔｄｉｔｅｃｓｆｆｒｎｐｈｔｉｍｅｅａｉｓ￡ｎｄｆｄｅｉｆｕｎｅｏｅｄｐｈｔｉｍｅｅａｉｎｔｔｅｓａｉｇｐｒｏｍａｃｆｔｅｅｄｍｅｈｎｃｌｓａｓｗａｎｌｚｄｉｈｏｄｔｎｏｄｎｉａｉｔｉｋｈｅｌｅｆｒｎｅｏｈｎｃａｉａｅｌｓａａｙｅｎｔｅｃｎｉｉｆｉｅｔｌｆｍｈｃ — ｎｏｃｌ

基于ANSYSCFX的多孔端面机械密封膜压分析

得到不同工况参数对密封端面动压效应的影响规律，并结合压力分布云图对结果进行分析。研究表明：流体介质压力增加，平均动压力变化不大；增大转速、提高密封介质黏度可以明显提高多孔端面机械密封的动压效应。ＡＳＳＣＸ提ＮＹＦ供一种更便捷、准确的计算方法，实现对膜压分析更合理、真实的数值模拟。
２１００年１月１
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＡＴ１Ｃ０ＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＮＯ．２０Ｖ０１
第３５卷第１期１
Ｖ０．５Ｎｏ１１３．１
ＤＯＩ０３６／．ｓｎ０５：１．９９ｊｉｓ．２４—０５．００１．０１０２１．Ｏ７１
关键词：多孔端面；机械密封；动压效应；ＡＳＳＣＸＮＹＦ中图分类号：Ｔ３文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（００１ — ２５Ｈ１６２４— １０２１）１０８—
ＡｎｌｓｓｏｈｑｉｌｅｓｒｆＭｅｈｎｃｌａｙｉｆｔｅＬｉｕｄＦｉＰｒｓｕｅｏｃａｉａｍＳａｓｗｉｈＰｏｏｓＦａｅＢａｅｎＡＮＳｅｌｔｒｕｃｓｄｏＹＳＣＦＸ
基于ＡＳＳＣＸ的多孔端面机械密封膜压分析ＮＹＦ
陈汇晓黄建平彭正东
江苏镇江２２１；２１０３．江苏华阳重工科技股份有限公司江苏东台２４０）２２０

基于动网格技术的端面造型机械密封性能

● 排灌机械工程学报
嘲隧暖ＪｕｎｌｏａｎｇｎｒｉａｉｎＭａｈｎｒｇｎｅｉｇ＿霸ｏｒａｆＤｒｉａｅａｄＩｒｇｔｏｃｉｅｙＥｎｉｅｒｎ
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基于CFD的微孔空气静压轴承节流性能仿真分析

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Received: Jan. 14 , 2019; accepted: Jan. 18 , 2019; published: Jan. 29 , 2019
Abstract
This paper is proposed to study the effect of micro-orifice on throttling performance of aerostatic bearings. In this paper, CFD computational software is used to simulate and analyze the three-dimensional internal flow field of the aerostatic thrust bearing with micro throttle holes. Meshing software is used to mesh the geometry. Realizable K-ε viscous model is used to analyze the flow field inside the film. Through throttling performance analysis of micro-porous aerostatic bearing, the influence of diameters of throttle holes on the pressure and velocity distribution inside the bearing air films is studied. The pressure distribution in different regions of the flow field of micro-hole aerostatic bearing is compared with that of traditional orifice aerostatic bearing, and the characteristics and differences between micro-hole throttling and traditional orifice throttling are analyzed. The results show that the maximum pressure drop near the outlet of the throttle holes on the bearing face increase first and then decrease as the diameter of the throttle holes increase. The pressure change along the center line of throttle holes becomes less obvious as the diameters of throttle holes increase. The pressure drop on the bearing face of aerostatic bearing with micro throttle holes is less than that of traditional aerostatic bearing. The pressure change on the centerline of the throttle holes of aerostatic bearing with micro throttle holes is larger than that of traditional aerostatic bearing.

基于CFD方法的液体动压滑动轴承动特性研究

between CFD and Reynold equation
计算方法最大压力 /MPa 有效载荷 /N 计算时间 / s
V T2FA ST
21328
1 155
2
V T2EXPR ESS
21324
1 143
5
CFD 148 000
21356
1 162
8 140
212 上、下瓦开槽的轴承
图 4 上、下瓦开设通油槽轴承模型简图 Fig 4 The bearing model holded oil groove in upper and lower pad
表 2给出了 CFD 方法和雷诺方程计算结果 [2 ]的比较。从表中可以看出 , 2 种方法计算结果基本相同 , CFD 方法计算结果稍高于 Reynold方程。
表 2 CFD 方法和 Reynold方程计算结果的比较 Table 2 The comparison of calculate result
23种不同结构形式轴承计算结果比较应用fluent方法和雷诺方程计算了普通圆柱轴承和上瓦下瓦开槽圆柱轴承的压力场并对最大压力有效载荷和润滑油流量等特性数据进行了比较分普通圆柱轴承图3普通圆柱轴承压力分布ig3pressuredistributioncolumnbearing图3给出了普通圆柱轴承压力分布情况
表 3给出了 3种情况下最大压力、有效载荷和进油量的比较。
表 3 不同计算模型最大压力、有效载荷比较 Table 3 The comp a rison of m ax p re ssu re and
payload for different calculation models
计算模型

基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化的开题报告

基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化的开题报告一、题目及选题依据：题目：基于MATLAB的端面微孔机械密封性能参数计算及优化。

选题依据：机械密封是重要的密封方式，应用广泛。

端面微孔机械密封是其一种新型封技术，其性能优于传统机械密封，而且在高温、高压等特殊工况下，表现更为出色。

然而端面微孔机械密封的性能参数的计算及优化研究还不足，本选题将综合应用MATLAB软件，探索端面微孔机械密封性能参数计算与优化的方法，具有理论及实用价值。

二、研究内容及主要研究方案：研究内容：（1）综述端面微孔机械密封的发展历程、性能参数及其优点等相关知识。

（2）针对端面微孔机械密封的工作原理，建立相应的数学模型，并基于MATLAB软件进行计算模拟，探究不同参数对性能的影响及优化方案。

（3）通过实验验证计算结果的正确性，提高性能参数的精度与可靠性。

主要研究方案：（1）文献调研法：对端面微孔机械密封的现状及研究进展进行全面深入的调研，掌握该方向的最新动态和前沿技术。

（2）理论分析法：根据端面微孔机械密封的工作原理，建立相应的数学模型，并进行理论分析、计算和模拟。

（3）实验验证法：通过实验验证计算结果的正确性，提高性能参数的精度与可靠性。

（4）MATLAB编程方法：应用MATLAB软件，编写程序，完成端面微孔机械密封的性能参数计算及优化，提高研究效率和准确性。

三、研究预期成果：（1）建立可靠的端面微孔机械密封性能参数计算模型，并提出相应优化方案。

（2）掌握MATLAB软件与端面微孔机械密封参数计算的结合方法，提高研究效率。

（3）在端面微孔机械密封研究领域取得一定的科学研究成果，为相关领域的研究提供参考。

四、研究进度安排：第一年：（1）文献调研，对端面微孔机械密封的性能参数及其影响因素进行全面了解。

（2）熟悉MATLAB软件及其编程方法，准备针对性的程序。

第二年：（1）建立端面微孔机械密封的性能参数计算模型，并验证其正确性。

基于CFD活塞环表面凹腔微造型动压润滑性能研究

ＲｉｇＳｒａｅＭｉｒ．ｏｅｓｄｏｎｕｆｃｃｏｐｒｓＢａｅｎＣＦＤ
ＦｏｇｏｇｈｎｏｇｏｈｎａｈＳｉｕｅｇＳｎＤｎｃｅｇＨａＸｊｎｕＹｎｈｎＺａｇＺｎｔＺａｇＹｎｕｈＹｆｎｕｏｇｈｎｕｉａｕ
（ｃｏｌｆｅｈｎａＥｇｅｒｇＪｎｓｎｖｒｔ，ｈｎａｇｉｇｕ１０３ＣｉａＳｈｏｏＭｃａｉｎｉｅｎ，ａｇｕＵｉｓｙＺｅｊｎａｓ２１，ｈｎ）ｃｌｎｉｉｅｉｉＪｎ２
ＡｂｔａｔＢａｅｎＮ－ｑａｉｎａｄＣＦｍｅｈｄ，ｙｉｄｒｐｓｏｎａｒｗａｉｌｉｄｔｌｎｌｉｇｆｃｉｎｓｃ：ｓｄｏＳｅｕｔｎＤｔｏｃｌｅ — ｉｔｎｒｇｐｉｒｏｎｉｓｓｍｐｉｅｏｐａｅｓｉｎｒｔｆｄｉｏ
ｐｉ，ｃｏｍｏｄｎｙｒｄｎｍｉｕｒｃｔｎｍｏｅｆｔｒｅｄｍｅｓｏａｃｏｐｒｓｓｒａｅｗａｓａｌｈｄｂｇｏｎａｒｍｉｒｌｉｇｈｄｏｙａｃｌｂａｉｄｌｏｈｅ — ｉｎｉｎｌｍｉｒ — ｏｅｕｃｓｅｔｂｉｅｙｉｎｒｇｉｏｆｓｉ
面凹腔微造型动压润滑模型，分析凹腔面积占有率、凹腔深度、凹腔半径变化分别对举升力的影响。研究表明：平面滑
动摩擦副表面凹腔微造型可以产生动压润滑效应；当面积占有率为１％一２％，凹腔深度为５—１ｍ，凹腔半径为２０Ｏ９ｏ一１０ｍ时动压润滑性能较好。２

微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟

微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟丁雪兴;王燕;佘志刚;毛亚军【摘要】Three-dimensional spatioal model was founded for the liquid membrane among micro-pore end surfaces by using Pro/E software. The model was latticed by using the Gambit software, a numerical simulation was made with Fluent software for the three-dimension flow field in the internal micro-scale gaps under a special condition of the micro-pores etched on one face of the seal. The distributions of pressure and velocity within the flow field and the liquid leakage were obtained. These three performances were resimulated in the case of different depth to diameter ratios ε. The influence of the depth to diameter ratio on the sealing performance of the end mechanical seals was analyzed in the condition of identical film thick ness. The result showed that when ε = 0. 1, the leakage would be minimal and an optimal sealing effectcould be obtained.%应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,Gambit软件对模型进行划分网格,F1uent软件对微孔端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量.改变微孔深径比再次模拟,得到不同参数下流场所对应的压力分布、速度分布及泄漏量,分析在同一液膜厚度情况下,微孔深径比对端面机械密封性能的影响.结果表明:当深径比ε=0.1时泄漏量最小,可获得最佳密封效果.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2011(037)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】机械密封;端面微孔;泄漏量;CFD【作者】丁雪兴;王燕;佘志刚;毛亚军【作者单位】兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050;陕西延长石油油气勘探公司,陕西,延安,716000【正文语种】中文【中图分类】TB421994年，以色列教授 Etsion［1－2］提出微孔端面机械密封的概念.激光加工多孔端面机械密封是一种动压型机械密封，在密封环端面上加工有规则分布的球形微孔.每一个微孔像一个微动力轴承，当两密封面相对运动时，在孔的上方及其周围区域产生明显的动压效应，可大大降低密封端面间的摩擦扭矩［3］.目前，国内外学者大多利用有限差分法［3－5］，通过公式计算求解雷诺方程的方法研究微孔端面密封动静态特性，采用CFD软件方法进行数值模拟研究的较少.利用CFD软件进行建模，可以考虑任意孔型的结构型式［5］，并且可以更全面、准确、直观地反映微孔端面密封流体动特性［6－7］.随着计算流体力学（CFD）和计算机技术的发展，各种计算流体力学软件日趋成熟，使得对密封环端面微凹腔内流场直接进行数值模拟变成可能［8］.本文利用ANSYS-FLUENT软件对微孔端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟，得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量.改变操作参数再次模拟，得到不同参数下流场的压力分布及泄漏量，并分析操作参数对微孔端面机械密封的影响.1 Fluent计算模型建立图1是具有微孔的密封副结构示意图，静环表面采用激光加工出球冠形微孔，微孔沿径向呈放射状分布，沿周向呈等间距分布，密封面不直接接触，密封面间形成一定密度的液膜，假定液膜压力沿液膜厚度方向不变化，密封流体黏度保持不变，并忽略密封曲率影响［4］.图1 具有微孔的密封副结构示意图Fig.1 Micro-pores seal pair structure diagram1.1 几何模型的建立1.1.1 建立几何模型计算模型的三维几何建模采用Pro／E软件，计算区域选定为密封转轴与其配合壁面间隙内的全三维空间，如图2b的一列径向孔栏.利用Pro／E建模后的液膜模型如图3所示，选取的是同一径向相邻的四元体模型.图2 具有半球形微孔的机械密封Fig.2 Mechanical seal with hemispherical micro-pores1.1.2 网格化分本文网格划分采用TGrid单元方案，并采用Gambit非结构化网格划分方法，对同一径向相邻四元体模型直接进行网格划分，如图4所示为计算区域网格.图3 利用Pro／E建模后的液膜模型.3 Liquid membrane model set up by using Pro／E modeling图4 计算区域网格Fig.4 Mesh in computational zone1.2 密封环工作的基本假设机械密封的流体润滑理论的主要内容是流体膜润滑，即由流体膜承载保持密封和润滑的成膜理论，其主要控制方程为雷诺（Reynolds）方程［9－11］.忽略一些对问题研究重点和预期的结果没有影响或影响很小的因素［8］，作者作出以下基本假设：1）忽略体积力的作用，如重力或磁力；2）与黏性力比较，可以忽略惯性力的影响，包括流体加速度的惯性力和流体膜的弯曲的离心力；3）在沿流体膜厚度方向上，不计压力的变化，因为膜厚一般为微米数量级，在膜厚范围内，事实上压力不可能发生明显的变化；4）密封流体介质为牛顿（Newton）流体，即剪切力正比于剪应变率；5）流体在摩擦界面上无滑动，即附着于界面上的流体质点的速度与界面上该点的速度相同；6）流体在密封面间的流动为层流，流体膜中不存在涡流和湍流；7）整个机械密封润滑系统的温度处处相等，因此不考虑润滑剂的黏度和密度随温度的变化；8）两密封面不接触，其间存在液膜，且液膜厚度在密封表面各处相等；9）流体为不可压缩流体，密度不随压力变化.10）不考虑流体的表面张力效应. 1.3 边界条件凹腔开在下面的静环上，故液膜下部有突起.内侧压力为大气压，外侧压力为密封介质压力，流体因为压力差从外径向内径流动，在孔栏的径向边界上，对应半径处的压力分别相等，且液膜压力沿周向的变化率在对应半径处相等［4］，除进、出口以外两侧为周期性边界条件，即本模型进出口分别采用压力入口pressure inlet 及压力出口pressure outlet边界条件；上、下表面采用壁面wall边界条件，上表面为旋转壁面，下表面为静止壁面，除进、出口以外两侧为周期性边界条件.压力的数值大小、壁面的运动形式以及速度值将在FLUENT中具体设定.密封环表面为标准壁面条件，采用速度无滑移条件.采用旋转参考坐标系来模拟动静环之间的相互运动.2 模型计算结果2.1 求解方法求解器选择分离的隐式求解器，压力差值格式为标准差值，压力速度耦合采用SIMPLEC算法.扩散项的离散格式采用中心差分格式，对流项的离散格式采用二阶迎风格式.本模型为含有旋转的流动，压力差值方式选择Presto.本模型采用的收敛准则为默认准则，即小于10－3.2.2 算例给定的密封环端面结构参数和工况参数为：内径ri＝10.8 mm，外径ro＝13.5 mm，环境压力（内压）pi＝pa＝0.101 3 MPa，介质压力（外压）po＝0.60795 MPa，流体黏度μ＝0.015 Pa·s，转速n＝3 000 r／min，微孔密度sp＝0.5，微孔半径rp＝50μm，液膜厚度h0＝3μm，微孔深径比分别选为ε＝0.08，0.10，0.20，0.30，微孔深度分别为hp1＝8μm，hp2＝10μm，hp3＝20μm，hp4＝30μm.分别对4组数据进行建模，网格划分，导入FLUENT进行计算，得到深径比不同时的压力分布和速度分布，如图5和图6所示.2.3 模拟结果分析2.3.1 不同深径比的压力沿径向的分布图7表示微孔深径比对无量纲平均动压力的影响.由图可知，微孔深径比对动压效应有较大的影响，深径比在0.1左右时，平均动压力最大，说明微孔深径比存在最佳值，据Etsion试验研究结果［12］表明，在深径比为0.07时，密封面的承载能力最大，两者比较可知，模拟结果与试验结果接近.2.3.2 不同深径比的速度沿径向的分布由图8可知，当ε＝0.1时，产生的流速最低.这与图7产生的压力结果吻合，说明在ε＝0.1时，存在最佳深径比.2.3.3 不同深径比的泄漏量曲线关系由FLUENT软件直接读出4组不同深径比的泄漏量，由Origin软件绘制曲线图，可得微孔深度对泄漏量的影响规律（见图9）.由图9可知，当液膜厚度h0＝3μm，密封压力和密封环转速不变的情况下，随着微孔深度的增加，泄漏量的变化经历先快速下降再慢速上升的过程.在深径比ε＝0.1，hp＝10 μm时，可得泄漏量值最小.2.4 模拟结果与文献结果对比图10为微孔深径比对无量纲平均动压力的影响.由图可知，微孔深径比对动压效应有较大的影响，深径比ε＝0.1左右时，无量纲平均动压力最大，说明微孔深径比存在最佳值.这与文献［13］的数值模拟结果吻合，因此，当深径比ε＝0.1时泄漏量最小，可获得最佳密封效果.图5 同一径向不同深径比四元体压力分布图（kPa）Fig.5 Diagram of pressure distribution in four-tropic body with different depth／diameter ratio in identical radial direction（kPa）图6 同一径向不同深径比四元体速度分布图（m／s）Fig.6 Diagram of velocity distribution in four-tropic body with different depth／diameter ratio on identical radius（m／s）图7 不同深径比的压力沿径向的分布Fig.7 Radial distribution of pressure for different depth／diameter ratio图8 不同深径比的速度沿径向的分布Fig.8 Radial distribution of velocity for different depth／diameter ratio图9 不同深径比与泄漏量的关系Fig.9 Leakage for different depth／diameter ratio图10 微孔深径比对无量纲平均动压力影响的结果对比Fig.10 Comparison of influence of micro-pores depth／diameter ration on mean dimensionlessdynamic pressure3 结论1）通过对4种不同深径比微孔端面密封所产生的压力、速度以及它们的泄漏量比较可知，当液膜厚度h0＝3μm时，通过FLUENT软件模拟的结果得到：当深径比ε＝0.1，微孔深度hp＝10μm时，泄漏量最小.2）本文只针对同一膜厚情况下，深径比与泄漏量之间的关系，此研究为今后对不同膜厚以及其他几何参数改变的研究提供了依据.致谢：本文得到兰州理工大学博士基金项目（BS05200901）资助，在此表示感谢. 参考文献：［1］ ETSION I，BURETEIN L.A model for mechanical seals with regular microsurface structure ［J］.Tribology Transactions，1996，39（3）：667-683.［2］ ETSION I，MICHEAL O.Enhancing sealing and dynamic performance with partially porous mechanical face seals［J］.Tribology Transactions，1994，37（4）：701-710.［3］于新奇，蔡仁良.激光加工的多孔端面机械密封的性能数值分析［J］.现代制造工程，2004（7）：66-68.［4］李国栋.激光加工多孔端面机械密封性能研究及结构优化［D］.兰州：兰州理工大学，2009.［5］丁雪兴，程香平，杜鹃.机械密封混合摩擦微极流体弹性润滑的数值模拟［J］.兰州理工大学学报，2008，34（4）：70-73.［6］侯煜.CFD环形间隙泄漏量及摩擦力的仿真计算［D］.太原：太原理工大学，2007.［7］叶建槐，刘占生.高低齿迷宫密封流场和泄露特性CFD研究［J］.汽轮机技术，2008（4）：81-84.［8］陈汇龙，翟晓.基于多重网格法和CFD的多孔端面机械密封数值分析比较［J］.润滑与密封，2009（10）：36-40.［9］王福军.计算流体动力学分析［M］.北京：清华大学出版社，2004. ［10］温诗铸，杨沛然.弹性流体动力润滑［M］.北京：清华大学出版社，1992. ［11］杨沛然.流体润滑数值分析［M］.北京：国防工业出版社，1998. ［12］ ETSION I，BURETEIN L.Proceeding of 15th International Conference on Fluid Seal［C］.London：Professional Engineering Publishing Limited，1997：3-10.［13］于新奇，蔡仁良.激光加工多孔端面机械密封的动压分析［J］.华东理工大学学报，2004，30（8）：481-484.。

不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比

不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比佘宝瑛;彭旭东;孟祥铠;李纪云【摘要】表面微孔的方向性可以改变密封间隙中流体的流向，在孔区末端汇聚产生明显的流体动压效应，使摩擦副端面打开，形成全膜润滑。

以不同开孔形状(圆形、菱形、椭圆形、长方形)型孔端面密封为研究对象，考虑润滑液膜中的空化现象，基于质量守恒JFO空化算法建立数值模拟模型，采用有限差分法求解Reynolds控制方程，获得端面膜压分布。

对比分析了在不同操作参数和几何结构参数下不同开孔端面密封性能。

结果表明：相比于圆孔，在低速或高压下，方向性型孔都具有较好的动压效应，且长方形孔的动压开启力最好，菱形孔泄漏率较小。

当膜厚h0=1.5～2.5μm，孔深hp=2～3μm，长短轴比γ=3～4，反向开孔比β=0.5，倾斜角α1=30°～50°、α2=120°～140°时，不同形状方向性型孔可获得最佳的动压密封性能。

%The directionality of surface dimples can guide the direction of fluid flow in the seal gap and produce fluid cumulative effectin the dimple length direction, which leads to obvious hydrodynamic effect. As a result, the seal faces separate and full film lubrication is formed. The textured mechanical face seals with different dimple shapes, such as circle, diamond, ellipse and rectangle were studied. Based on the mass-conserving JFO cavitation algorithm, a mathematical model was presented by taking the cavitation of liquid fluid between the two seal faces into consideration. The Reynolds equation was solved by use of the finite difference method, and pressure distribution was obtained. Comparative analysis of mechanical face seal performance with different dimple shapes at different operating parameters and geometric parameters waspresented. The results showed that inclined dimple displayed better hydrodynamic effect than circle dimple under low speed or high pressure condition. The rectangle dimple showed the best hydrodynamic effect, and the diamond dimple had a lower leakage. Excellent hydrodynamic effect could be obtained for inclined dimple with different shapes when film thickness h0=1.5-2.5 μm, pore depth hp=2-3 μm, axial ratio γ=3-4, opponent texturing proportion β=0.5, inclination angleα1=30°-50°andα2=120°-140°.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】9页(P2202-2210)【关键词】表面;方向性型孔;动压效应;空化;算法;数值模拟;密封性能【作者】佘宝瑛;彭旭东;孟祥铠;李纪云【作者单位】浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心，浙江杭州310032;浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心，浙江杭州310032;浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心，浙江杭州310032;浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心，浙江杭州310032【正文语种】中文【中图分类】TH117.2激光加工多孔端面机械密封具有良好的密封特性和润滑性能，其研究日益受到人们的重视[1]。

机械密封端面T形槽液膜压力脉动特性分析

机械密封端面T形槽液膜压力脉动特性分析
张泉艺;穆塔里夫•阿赫迈德;李振华;宋海
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2022(46)12
【摘要】针对机械密封端面液膜流场的压力脉动,以机械密封端面T形槽液膜为研究对象,进行了机械密封摩擦副端面液膜微尺度区域的压力脉动特性分析。

基于流体润滑理论,建立了机械密封端面T形槽三维液膜模型。

求解端面液膜流体雷诺方程,计算分析了不同工况下端面液膜的压力脉动特性和频谱特性,探讨了端面流场压力周期性变化的影响因素。

结果表明:在不同转速下机械密封端面液膜流场压力均呈现周期性脉动,压力脉动的振幅沿T形槽槽区径向方向增大;端面液膜的开启力受到槽区和非槽区动静干涉的影响;端面液膜流场压力脉动受到主轴转速和槽数的影响。

【总页数】7页(P71-77)
【作者】张泉艺;穆塔里夫•阿赫迈德;李振华;宋海
【作者单位】新疆大学机械工程学院;新疆大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH137;TB42
【相关文献】
1.考虑端面液膜压力的机械密封受力变形分析
2.部分端面微孔机械密封端面间液膜压力分布的理论研究
3.端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响
4.螺
旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力脉动特性5.边界压力波动对液膜端面机械密封空化及性能的影响
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基于CFD的变间隙密封泄漏量仿真研究

基于CFD的变间隙密封泄漏量仿真研究为分析伺服液压缸泄漏量，建立FLuent仿真软件的建立模型，以获取伺服液压缸的性能，从而量化伺服液压缸的参数，以确保伺服液压缸的工作的可靠性。

为此分析下列模型对系统的影响恒间隙七道均压槽、恒间隙三道均压槽、恒间隙无均压槽、变间隙三道均压槽，变间隙七道均压槽，五种密封方式下在唇边长度为18mm下，其检测液压缸中泄漏量随压力的变化。

其结果表明均压槽的数量越多，泄漏量增大，均压槽的数量越少，泄漏量也相对减少，偏心对泄漏量的影响也很大，在对活塞进行设计时应充分考虑均压槽的数量。

活塞唇边有槽结构与其它结构相比密封效果较好。

标签：液压缸;FLuent仿真软件;泄漏量;参数模型1 前言伺服液压缸要求动态響应快，摩擦力小，因此活塞与缸筒间采用了间隙密封技术，但是无密封圈密封技术，易导致容积效率下降，学者提出采用变间隙密封技术，即利用金属材料随两侧压力升高产生微小变形抵消因节流口两侧压差升高导致的泄漏量增大，本文对变间隙密封泄漏的特点、影响因素进行仿真分析。

2 基于fluent的变间隙密封流场流动的仿真分析为了进行数据的对比分析，本文首先了建立恒间隙无均压槽密封模型进行仿真分析，并与环形间隙理论值进行对比，验证FLUENT流场仿真方法的准确性。

然后，建立恒间隙七道均压槽密封、恒间隙三道均压槽密封、变间隙七道均压槽模型（活塞唇边有槽）和变间隙三道均压槽模型（活塞唇边无槽），进一步分析变间隙密封流场泄漏量、压差与结构的关系。

2.1流场几何模型建立本文建立的液压缸活塞模型参数如下：液压缸变形活塞直径为125mm，活塞的轴向密封长度为63mm，理想化后，其一侧唇边长度为18mm，唇边的厚度为2.5mm，活塞与缸筒内壁的装配间隙为50μm。

文中研究活塞同心装配在2-20工作压力下（压力间隔为2MPa）的泄漏量，建立了恒间隙3个模型;由于在不同压力下的变间隙的模型会不同所以需要建立不同压力下的变间隙模型20个。

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Ａｂｔａｔｏｔｒｒ／ｓｕｅｏｃｅｔｈｒｅｄｍｅｓｎｌｏｉｄｌｆｃｏｐｒｕｉｂ — ｓｒｃ：ＳｆｗａｅＰｏＥｗａｓｄｔｒａｅｔｅｔｅ－ｉｎｉａｓｌｍｏｅｏｒ－ｏｏｓｆｍｅｈｏｄｍｉｌ
ｎｍｉｒｓｕｅｅｈｂｔｄｌｅｒｄｃｅｓｔｈｅｒａｅｏｈｅｉｍｉｃｓｔａｃｐｅｓｒｘｉｉｉａｅｒａｅｗｉｔｅｄｃｅｓｆｔｅｍｄｕｖｓｏｉｅｎｈｙ，ｉｄｃｔｇｔａｅｎｉａｉｈｔｗｈｎｎ
关键词：机械密封；微孔端面；动压；ＦＣＤ；数值模拟
中图分类号：Ｔ４Ｂ２文献标识码：Ａ
ＣＦｂｓｄａａｙｉｆｄｎｍｉｒｓｕｅｏｉｕｄｍｅｂａｅＤ－ａｅｎｌｓｓｏｙａｃｐｅｓｒｆｌｉｍｒｑｎｉｉｒ－ｏｅｅｄｆｃｃａｉａｅｌｎｍｃｏｐｒｎ－ａｅｍｅｈｎｃｌｓａｓ
第３卷第３８期２１０２年６月
兰
州

Ｖｏ８Ｌ３Ｎｏ３．
ＪｕｎｌｆＬｎｈｕＵｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇｏｒａａｚｏｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙｏ
Ｊｒ２１ｕＩ０２．
文章编号：１７－１６２１）３０３－４６３５９（０２０－０００
基于ＣＤ的微孔端面机械密封液膜动压分析Ｆ
张伟政，俞树荣，王燕，杨环，丁雪兴
（兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州７０５）３００
摘要：应用ＰｏＥ软件建立微孔端面问液膜的三维立体模型，Ｇａｉ软件对模型分别进行网格划分．ｒ／用ｍｂｔ在特定工
ＺＨＡＮＧｅｚｅｇ，ＹＵｈ－ｏｇ，ＷＡＮＧｎ，ＹＡＮＧａＷｉｈｎ — ＳｕｒｎＹａＨｕｎ，ＤＩＮＧｅｘｎＸｕ－ｉｇ
（ｌｅｅｏｔｏｈｅｉａｃｎｌｇＣｏｌｇｆＰｅｒｃｍｃｌＴｅｈｏｏｙ，Ｌａｚｏｉ．ｏｃ，Ｌａｚｏ７０５，Ｃｈｎ）ｎｈｕＵｎｖｆＴｅｋｎｈｕ３００ｉａ
ｔｅｆｕｄｖｓｏｉｓ１ｗ，ｔｅｅｆｃｆｄｎｍｉｐｅｓｒｕｄｂａ．Ａｖｒｇｙａｉｒｓｕｅｉ— ｈｌｉｉｃｓｔｗａｏｙｈｆｅｔｏｙａｃｒｓｕｅｗｏｌｅｗｅｋｅａｅｄｎｍｃｐｅｓｒｎｃｅｓｄｌｅｒｙｗｉｈｒｔｔｎｓｅｄ，ｉｄｃｔｇｔａｈｉｈｒｔｅｒｔｔｎｓｅｄｏｈｅｌｇｒｎ，ｔｅｒａｅｉａｌｔｏａｉｐｅｎｏｎｉａｉｈｔｔｅｈｇｅｈｏａｉｐｅｆｔｅｓａｉｉｇｈｎｏｎｍｏｅｏｖｏｓｔｅｅｆｃｆｈｄｏｙａｉｒｓｕｅｗｏｌｅｒｂｉｕｈｆｅｔｏｙｒｄｎｍｃｐｅｓｒｕｄｂ．
况下，利用Ｆｕｎ软件对不同流体黏度和转速下的微孔端面间的内部微间隙三维流场进行数值模拟，ｌｅｔ得到３种流场的压力分布．结果表明：平均动压力随着介质黏度的降低而呈线性减小，说明流体黏度低时流体动压效应弱；平
均动压力随转速的增加而线性增加，明密封环的转速越高，表流体动压效应越明显．
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｅｈｎｃｌｓａ；ｍｉｒ－ｏｅｎ－ａｅｙａｃｐｅｓｒ；ＣＦｃａｉａｅｌｃｏｐｒｓｅｄｆｃ；ｄｎｍｉｒｓｕｅＤ；ｎｍｅｉａｉｌｔｎｕｒｃｌｍｕａｉｓｏ
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