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蜂窝密封流动性能与模化设计研究

作　者: 万新超
导　师: 郑群
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 蜂窝密封数值模拟密封机理相似准则模化设计
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

燃气轮机先进密封技术是近十几年来在国外引起高度重视的一个分支领域,先进密封体现在发动机性能的提高、燃油消耗率降低、运行和维修成本减少等方面。蜂窝密封技术是当前先进密封技术的前沿性研究方向,本文通过大量的国内外资料收集和阅读以及课题调研,提出了一种梳齿和蜂窝组成的密封结构,并进行气动计算。本文的主要内容包括以下几个方面:1.设计了一系列由梳齿和蜂窝组合成的密封结构,以此作为研究对象。2.通过采用三维数值方法,研究了蜂窝密封的内部流场,从蜂窝密封的特殊六边形结构及能量耗散等角度研究了蜂窝密封的密封机理,得到以下结论:蜂窝密封特殊的六边形结构和较薄的壁厚,具有很好的切分、涡旋、阻尼、热力学能量耗散、节流等效应,这样可以将泄漏流体分割为小涡流,能够降低密封腔内流体压力,使泄漏流动的动能有效地转换为热能,提高了能量耗散的效果,从而降低了泄漏量,提高了密封效果。3.利用计算流体力学软件CFX软件对转子蜂窝密封内部的流场在不同转速不同压差、不同蜂窝结构以及不同梳齿结构等多种工况下进行分析,进而总结蜂窝密封内部流场的变化规律。从密封腔中流体的旋涡的发展、能量的耗散等角度分析了影响蜂窝密封的各种主要因素及泄漏量的变化规律。4.以蜂窝密封为研究对象,通过理论研究给出蜂窝密封模化设计时为满足密封效果而应遵守的相似准则。按照所确定的相似参数和相似准则,分析模化设计的蜂窝密封流场,对比模化的蜂窝密封,分析模化设计的精度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 蜂窝密封简介  11-14
  1.2 国内外研究现状  14-16
  1.3 研究目的及意义  16-17
  1.4 本文主要的研究内容  17-19
第2章蜂窝密封的数值模拟方法  19-29
  2.1 引言  19
  2.2 CFX 软件简介  19-20
  2.3 数值计算理论  20-22
    2.3.1 控制方程  20
    2.3.2 湍流模型  20-22
  2.4 计算模型和数值模拟方法  22-28
    2.4.1 几何模型  22-24
    2.4.2 网格生成  24-25
    2.4.3 网格独立性验证  25-26
    2.4.4 边界条件  26-27
    2.4.5 数值计算结果验证  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章蜂窝密封的密封机理研究  29-41
  3.1 蜂窝密封的泄漏量计算方法  29-31
    3.1.1 蜂窝密封的泄漏系数  29-30
    3.1.2 数据处理公式定义  30-31
  3.2 各种密封的泄漏量比较  31-32
  3.3 蜂窝密封的密封机理  32-39
    3.3.1 涡系分割及发展过程分析  32-35
    3.3.2 阻尼作用分析  35-36
    3.3.3 热力学能耗分析  36-38
    3.3.4 不同密封结构的总压分析  38-39
  3.4 本章小结  39-41
第4章不同参数对蜂窝密封流动性能的影响  41-63
  4.1 进口压力对密封特性的影响  43-45
  4.2 蜂窝密封结构参数的影响  45-57
    4.2.1 芯格尺寸对密封性能的影响  45-48
    4.2.2 轴向宽度对密封性能的影响  48-50
    4.2.3 蜂窝深度对密封性能的影响  50-52
    4.2.4 密封间隙对密封性能的影响  52-55
    4.2.5 转速对密封性能的影响  55-56
    4.2.6 芯格尺寸/蜂窝深度对密封性能的影响  56-57
  4.3 安装参数对密封性能的影响  57-61
    4.3.1 密封直径对密封性能的影响  57-58
    4.3.2 相同蜂窝结构不同梳齿对密封性能的影响  58-61
  4.4 本章小结  61-63
第5章蜂窝密封模化理论研究  63-75
  5.1 相似概念及相似理论定理  63-65
    5.1.1 相似概念  63-64
    5.1.2 相似理论定理  64-65
  5.2 蜂窝密封相似准则的推导  65-71
    5.2.1 量纲分析法  65-66
    5.2.2 量纲分析法确定蜂窝密封的相似准则  66-71
  5.3 蜂窝密封模化方法  71-73
  5.4 本章小结  73-75
第6章蜂窝密封模化设计计算  75-92
  6.1 小尺寸密封试验件11132 整体模化  75-81
  6.2 小尺寸密封试验件11132 局部模化  81-88
    6.2.1 变轴径模化  81-85
    6.2.2 定间隙模化  85-88
  6.3 工程上大尺寸密封5stator-seal 整体模化  88-90
  6.4 本章小结  90-92
结论  92-94
参考文献  94-100
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  100-101
致谢  101

蜂窝密封流动性能与模化设计研究

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