超临界二氧化碳干气密封流场分析及热流固耦合研究
发布时间：2024-02-01 09:42
超临界二氧化碳布雷顿循环具有工质清洁,循环效率高,能量密度大,设备体积小等优点,是近年来研究的热门课题。由于循环工质跨越临界点时存在相变潜热现象,故该系统的电机-涡轮-共轴转子以及密封系统也面临一系列复杂问题。布雷顿循环的透平、压缩机的微尺度干气密封中,S-CO2干气密封因其自身物化性质的优越性而被作为密封首选。但由于S-CO2的物性参数在临界点附近呈高度非线性,这大大增加了S-CO2干气密封的研发和设计难度。为探索其运转工况和结构参数对S-CO2干气密封的影响,本文运用Solidworks软件建立1/Ng的螺旋槽计算域几何模型,导入ICEM软件进行结构化网格划分,采用REFPROP软件获取S-CO2的相态数据,并将这些物性参数编译成C语言程序调入Fluent的UDF平台来对S-CO2微流场进行模拟,以探究在实际气体效应、惯性效应、离心效应和湍流效应下不同工况参数和结构参数对膜压分布、气膜开启力和泄漏量之间的交互影响规律。研究表明:随...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号注释表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景
1.3 课题研究意义
1.4 国外研究现状
1.5 国内研究现状
1.6 主要研究思路和内容
1.6.1 课题研究思路
1.6.2 课题研究内容
1.7 创新点及关键性问题
1.7.1 课题创新点
1.7.2 关键性问题
第2章 超临界二氧化碳干气密封基本方程建立
2.1 干气密封原理
2.2 计算流体力学优势
2.3 超临界二氧化碳干气密封模拟难点
2.4 流体控制方程
2.4.1 连续性方程
2.4.2 动量方程
2.4.3 能量方程
2.4.4 流动因子
2.5 超临界二氧化碳控制方程
2.5.1 状态方程
2.5.2 输送性质
2.6 固体控制方程
2.6.1 固体守恒方程
2.6.2 固体能量传送方程
2.6.3 动环的热传导方程
2.6.4 静环的热传导方程
2.6.5 流固耦合控制方程
2.7 密封环内的能量平衡方程
2.8 稳态性能参数
2.8.1 气膜开启力
2.8.2 泄漏量
2.8.3 气膜刚度
2.9 本章小结
第3章 超临界二氧化碳干气密封微流场分析
3.1 润滑气膜的流场仿真
3.1.1 润滑气膜的几何模型
3.1.2 计算域网格划分
3.1.3 网格的无关性验证
3.1.4 流场的基本假设
3.1.5 边界条件和求解设置
3.2 润滑气膜在流场的物性参数
3.3 不同工况对干气密封性能影响
3.3.1 不同转速对干气密封性能影响
3.3.2 不同压差对干气密封性能影响
3.3.3 不同气膜厚度对干气密封性能影响
3.4 不同结构参数对干气密封性能影响
3.4.1 不同槽深对干气密封性能影响
3.4.2 不同槽数对干气密封性能影响
3.4.3 不同螺旋角对干气密封性能影响
3.5 本章小结
第4章 优化后的双列螺旋槽对干气密封性能影响
4.1 双槽润滑气膜的流场分析
4.1.1 双列螺旋槽的几何模型
4.1.2 双槽气膜模型和边界条件
4.1.3 双槽气膜计算域网格划分
4.2 不同转速下单双槽密封特性对比
4.2.1 不同转速下双槽气膜压力云图
4.2.2 不同转速下单双槽气膜开启力对比
4.2.3 不同转速下单双槽泄漏量对比
4.2.4 不同转速下单双槽气膜刚度对比
4.2.5 不同转速下单双槽刚漏比对比
4.3 不同压差下单双槽密封特性对比
4.3.1 不同压差下双槽气膜压力云图
4.3.2 不同压差下单双槽气膜开启力对比
4.3.3 不同压差下单双槽泄漏量对比
4.3.4 不同压差下单双槽气膜刚度对比
4.3.5 不同压差下单双槽刚漏比对比
4.4 本章小结
第5章 热流固耦合下应力应变分析
5.1 密封环的模型建立
5.2 密封环的网格划分
5.3 密封环受力模型和变形分析
5.3.1 流体进入密封环模型
5.3.2 密封环受力模型
5.3.3 密封环可能发生变形的位置
5.4 密封环的材料参数
5.5 热流固耦合过程
5.6 热流固耦合下密封环应力分析
5.6.1 动环热流固耦合的应力分析
5.6.2 静环热流固耦合的应力分析
5.6.3 不同转速下热流固耦合对密封环应力影响
5.6.4 不同压差下热流固耦合对密封环应力影响
5.7 热流固耦合下密封环变形分析
5.7.1 动环热流固耦的变形分析
5.7.2 静环热流固耦的变形分析
5.7.3 不同转速下热流固耦合对密封环变形影响
5.7.4 不同压差下热流固耦合对动环变形影响
5.8 本章小结
结论与展望
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3891912
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号注释表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景
1.3 课题研究意义
1.4 国外研究现状
1.5 国内研究现状
1.6 主要研究思路和内容
1.6.1 课题研究思路
1.6.2 课题研究内容
1.7 创新点及关键性问题
1.7.1 课题创新点
1.7.2 关键性问题
第2章 超临界二氧化碳干气密封基本方程建立
2.1 干气密封原理
2.2 计算流体力学优势
2.3 超临界二氧化碳干气密封模拟难点
2.4 流体控制方程
2.4.1 连续性方程
2.4.2 动量方程
2.4.3 能量方程
2.4.4 流动因子
2.5 超临界二氧化碳控制方程
2.5.1 状态方程
2.5.2 输送性质
2.6 固体控制方程
2.6.1 固体守恒方程
2.6.2 固体能量传送方程
2.6.3 动环的热传导方程
2.6.4 静环的热传导方程
2.6.5 流固耦合控制方程
2.7 密封环内的能量平衡方程
2.8 稳态性能参数
2.8.1 气膜开启力
2.8.2 泄漏量
2.8.3 气膜刚度
2.9 本章小结
第3章 超临界二氧化碳干气密封微流场分析
3.1 润滑气膜的流场仿真
3.1.1 润滑气膜的几何模型
3.1.2 计算域网格划分
3.1.3 网格的无关性验证
3.1.4 流场的基本假设
3.1.5 边界条件和求解设置
3.2 润滑气膜在流场的物性参数
3.3 不同工况对干气密封性能影响
3.3.1 不同转速对干气密封性能影响
3.3.2 不同压差对干气密封性能影响
3.3.3 不同气膜厚度对干气密封性能影响
3.4 不同结构参数对干气密封性能影响
3.4.1 不同槽深对干气密封性能影响
3.4.2 不同槽数对干气密封性能影响
3.4.3 不同螺旋角对干气密封性能影响
3.5 本章小结
第4章 优化后的双列螺旋槽对干气密封性能影响
4.1 双槽润滑气膜的流场分析
4.1.1 双列螺旋槽的几何模型
4.1.2 双槽气膜模型和边界条件
4.1.3 双槽气膜计算域网格划分
4.2 不同转速下单双槽密封特性对比
4.2.1 不同转速下双槽气膜压力云图
4.2.2 不同转速下单双槽气膜开启力对比
4.2.3 不同转速下单双槽泄漏量对比
4.2.4 不同转速下单双槽气膜刚度对比
4.2.5 不同转速下单双槽刚漏比对比
4.3 不同压差下单双槽密封特性对比
4.3.1 不同压差下双槽气膜压力云图
4.3.2 不同压差下单双槽气膜开启力对比
4.3.3 不同压差下单双槽泄漏量对比
4.3.4 不同压差下单双槽气膜刚度对比
4.3.5 不同压差下单双槽刚漏比对比
4.4 本章小结
第5章 热流固耦合下应力应变分析
5.1 密封环的模型建立
5.2 密封环的网格划分
5.3 密封环受力模型和变形分析
5.3.1 流体进入密封环模型
5.3.2 密封环受力模型
5.3.3 密封环可能发生变形的位置
5.4 密封环的材料参数
5.5 热流固耦合过程
5.6 热流固耦合下密封环应力分析
5.6.1 动环热流固耦合的应力分析
5.6.2 静环热流固耦合的应力分析
5.6.3 不同转速下热流固耦合对密封环应力影响
5.6.4 不同压差下热流固耦合对密封环应力影响
5.7 热流固耦合下密封环变形分析
5.7.1 动环热流固耦的变形分析
5.7.2 静环热流固耦的变形分析
5.7.3 不同转速下热流固耦合对密封环变形影响
5.7.4 不同压差下热流固耦合对动环变形影响
5.8 本章小结
结论与展望
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3891912
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3891912.html