基于CFD的往复式压缩机迷宫密封三维流场分析及活塞结构优化

发布时间：2017-04-18 09:19

  本文关键词：基于CFD的往复式压缩机迷宫密封三维流场分析及活塞结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：迷宫密封是工业上常用的一种密封形式，具有结构简单、使用方便、工作可靠等特点，被广泛应用于往复式压缩机、汽轮机等动力机械中。采用迷宫密封的往复式压缩机可以完成对洁净气体的压缩和输送，具有压缩过程无接触摩擦、无需润滑、气体无污染的优点。然而迷宫密封作为一种非接触密封方式，必然存在着较大的泄漏损失，并且泄漏量的大小直接影响了往复式压缩机的性能。因此对往复式压缩机迷宫密封内部流场分析具有重要意义。 本文以CFD软件FLUENT为主要计算工具，针对往复式压缩机中直通型迷宫密封模型建立三维有限元模型，对边界条件的选取和网格的划分进行了分析，并对迷宫密封机理进行了深入的研究，其研究工作体现为以下五点： 1、总结了迷宫密封的研究现状，重点介绍了直通型迷宫密封相关理论。 2、确定了迷宫密封的几何模型及计算流体力学模型，，建立了模拟迷宫密封内部流动的数值计算方法，为迷宫密封内部流场分析提供了有效的计算方法。 3、利用湍流理论和计算流体力学方法对影响迷宫密封性能的几何因素进行了数值模拟，得到不同密封结构下的流动特性，通过对内部流场的模拟分析，探究了不同密封结构对密封性能的影响，全面揭示了迷宫密封机理。 4、对二维密封模型及三维密封模型进行数值模拟，将模拟得到的泄漏量与经验公式计算结果进行对比，揭示了周向湍流对迷宫密封性能的影响。 5、通过对往复式压缩机迷宫密封流场的数值研究，对活塞密封结构进行优化，提出改善密封性能的可行性方案，为往复式压缩机中迷宫密封的合理设计提供参考。
【关键词】：往复式压缩机 迷宫密封 数值模拟 泄漏特性 结构优化
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 往复式迷宫密封压缩机简介13-15
• 1.2.1 往复式迷宫压缩机结构13-14
• 1.2.2 往复式迷宫压缩机的特点14-15
• 1.3 迷宫密封简介15-17
• 1.3.1 迷宫密封机理15-17
• 1.3.2 迷宫密封的类型17
• 1.3.3 迷宫密封的特点17
• 1.4 迷宫密封的研究现状17-20
• 1.4.1 泄漏量计算方法的研究18-19
• 1.4.2 流动特性影响因素的研究19
• 1.4.3 迷宫密封机理的研究19-20
• 1.4.4 迷宫密封应用的研究20
• 1.5 课题研究的主要内容20-22
• 第2章 计算流体力学(CFD)及 FLUENT 软件简介22-35
• 2.1 计算流体力学简介22-23
• 2.2 流体力学的基本概念23-28
• 2.2.1 流体的连续介质模型23-24
• 2.2.2 流体的物理性质24-26
• 2.2.3 流体运动的基本概念26-27
• 2.2.4 作用于流体上的力与压强27-28
• 2.3 流体运动的描述方法28-29
• 2.4 计算流体力学基本方程29-32
• 2.4.1 流体力学的连续性方程29
• 2.4.2 流体力学的动量守恒方程29-31
• 2.4.3 流体力学的能量守恒方程31-32
• 2.5 FLUENT 软件简介32-35
• 2.5.1 FLUENT 软件的特点32-33
• 2.5.2 FLUENT 软件构成33-34
• 2.5.3 FLUENT 软件模拟流程34-35
• 第3章 迷宫密封流场计算模型35-49
• 3.1 几何模型的确定35-36
• 3.2 数值计算模型的确定36-43
• 3.2.1 迷宫密封内部流动的模拟36-37
• 3.2.2 湍流模型37-38
• 3.2.3 k-ε模型38-39
• 3.2.4 壁面函数法39-42
• 3.2.5 LES 模型42-43
• 3.3 网格划分43-45
• 3.3.1 计算网格生成43-44
• 3.3.2 网格生成软件 Gambit2.0 介绍44
• 3.3.3 迷宫密封网格划分44-45
• 3.4 流场迭代求解方法45-47
• 3.5 边界条件及物性参数的设置47
• 3.6 计算结果收敛性47-49
• 第4章 迷宫密封三维流场分析49-77
• 4.1 间隙宽度的影响49-57
• 4.1.1 计算模型的建立50
• 4.1.2 模拟结果及分析50-57
• 4.2 空腔深度的影响57-64
• 4.2.1 计算模型的建立57-58
• 4.2.2 模拟结果及分析58-64
• 4.3 空腔宽度的影响64-70
• 4.3.1 计算模型的建立64-65
• 4.3.2 模拟结果及分析65-70
• 4.4 齿形夹角的影响70-76
• 4.4.1 计算模型的建立70-71
• 4.4.2 模拟结果及分析71-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第5章 周向湍流对迷宫密封性能的影响77-85
• 5.1 泄漏量算法的选用77-78
• 5.1.1 “粗糙间隙”计算法77-78
• 5.1.2 Stodala 计算法78
• 5.2 几何模型与数学模型的选用78-80
• 5.2.1 几何模型的建立78-79
• 5.2.2 数学模型的建立79-80
• 5.3 对比结果分析80-84
• 5.3.1 间隙宽度对比分析80-81
• 5.3.2 空腔深度对比分析81-82
• 5.3.3 空腔宽度对比分析82-83
• 5.3.4 齿形夹角对比分析83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第6章 活塞密封结构的优化85-92
• 6.1 膨胀空腔数量的优化85-86
• 6.2 膨胀空腔结构的优化86-88
• 6.3 齿形结构的优化88-91
• 6.4 本章小结91-92
• 总结与展望92-95
• 参考文献95-99
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄守龙，陆家鹏，徐诚;直通式迷宫瞬态压力特性的实验研究[J];弹道学报;1994年04期

2 高光藩,张牢牢;迷宫密封性能影响因素分析[J];风机技术;1997年06期

3 张志荣,冉景煜,张力,蒲舸;内燃机缸内气体CFD瞬态分析中动态网格划分技术[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年11期

4 黄守龙,马毓义,武晓松,徐诚;迷宫通道内部流动和泄漏特性的数值分析[J];航空动力学报;1995年02期

5 丁学俊;肖国俊;杨彦磊;李哲;;迷宫密封齿型对密封流场与泄漏量的影响[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年07期

6 杜平安;有限元网格划分的基本原则[J];机械设计与制造;2000年01期

7 刘有军;迷宫密封的湍流增阻[J];机械工程学报;2004年05期

8 张文明;刘彬;徐刚;;三维实体网格自适应划分算法[J];机械工程学报;2009年11期

9 王锁芳,吕海峰,夏登勇;封严篦齿结构特性的数值分析和实验研究[J];南京航空航天大学学报;2004年06期

10 黄虎,束鹏程,李志浩;活塞式制冷压缩机活塞与汽缸间隙迷宫密封的理论研究[J];润滑与密封;1999年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 林丽;迷宫活塞式压缩机密封机理的理论研究[D];南京航空航天大学;2007年

  本文关键词：基于CFD的往复式压缩机迷宫密封三维流场分析及活塞结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：314550