波度端面機(jī)械密封有限元數(shù)值模擬.pdf

1、錐度端面加工有周向波度（Wavy-Tilt-Dam，縮寫(xiě)為WTD）的機(jī)械密封為非接觸式機(jī)械密封形式的一種，被廣泛應(yīng)用于潛艇艉軸密封等高壓、高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合，其端面特有的周向波度和徑向錐度能夠產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于受極端工況條件的影響，例如密封端面間潤(rùn)滑液膜受粘性剪切作用使得密封環(huán)溫度上升，進(jìn)而影響密封性能等，因此開(kāi)展波度密封的理論設(shè)計(jì)具有十分重要的工程意義。
　　首先，本文基于流體潤(rùn)滑理論，考慮流量連續(xù)的JF

2、O空化邊界條件，建立了WTD二維分析模型，采用SUPG有限單元法求解Reynolds方程，計(jì)算出相關(guān)密封性能參數(shù)（開(kāi)啟力、泄漏率、摩擦系數(shù)、液膜剛度）并與Lebeck文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文計(jì)算方法的正確性。在獲得潤(rùn)滑液膜壓力分布的基礎(chǔ)上，研究了操作參數(shù)和幾何參數(shù)對(duì)密封性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明當(dāng)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，WTD密封以流體靜壓效應(yīng)為主;當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時(shí)（發(fā)生空化作用），密封動(dòng)壓效應(yīng)占主導(dǎo)。
　　其次，考慮WTD密封端面的粘性生

3、熱和潤(rùn)滑液膜與密封環(huán)之間的熱傳導(dǎo)作用，建立了包括密封環(huán)和液膜在內(nèi)的流固熱三維耦合模型，求解了雷諾方程、熱傳導(dǎo)方程和能量方程，研究了液膜膜厚、波數(shù)、波幅、壩寬比、轉(zhuǎn)速及密封壓力等參數(shù)對(duì)密封環(huán)溫度場(chǎng)和液膜溫度場(chǎng)分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明:波度的存在對(duì)密封端面起到了冷卻作用;密封環(huán)溫度和液膜溫度隨著膜厚、波幅增大而降低，隨轉(zhuǎn)速、壩寬比增大而升高，波數(shù)和密封壓力對(duì)端面溫度的影響不大。
　　最后，在獲得潤(rùn)滑液膜壓力分布和溫度場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，比