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《刷式密封的介質(zhì)流動及刷絲尖端接觸傳熱特性研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、刷式密封的介質(zhì)流動及刷絲尖端接觸傳熱特性研究(申請清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械工程研究生：黃首清指導(dǎo)教師：王玉明教授副指導(dǎo)教師：索雙富副教授二○一五年六月ResearchontheFlowFieldandBristlesTipContactHeatTransferCharacteristicsofBrushSealsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthed
2、egreeofDoctorofPhilosophyinMechanicalEngineeringbyHuangShouqingDissertationSupervisor:ProfessorWangYumingDeputySupervisor:AssociateProfessorSuoShuangfuJune,2015摘要摘要由于優(yōu)異的密封特性，刷式密封技術(shù)是提升航空發(fā)動機(jī)、地面及艦船燃?xì)廨啓C(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能的重要途徑。刷絲尖端與轉(zhuǎn)子的摩擦磨損及其發(fā)熱問題是限制刷式密封應(yīng)用的主要瓶頸。建立符合實(shí)際的數(shù)值模型，研
3、究流場、刷絲尖端力和傳熱特性對提高刷式密封性能有重要意義。由于刷式密封結(jié)構(gòu)和研究的復(fù)雜性，建立基本符合刷式密封結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)并加入必要簡化的理論模型是研究的關(guān)鍵。本文建立了刷絲束截面的二維緊湊叉排管束模型，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了刷絲束的三維切片模型?；谒⒔z束截面的二維緊湊叉排管束模型，探索了刷絲束間隙中介質(zhì)的流動規(guī)律和刷式密封的密封機(jī)理。對比了周向單排與多排刷絲模型所計(jì)算的流場結(jié)果，壓力計(jì)算結(jié)果與Bayley&Long的轉(zhuǎn)子表面壓力測量結(jié)果基本吻合。研究了壓差、刷絲軸向排數(shù)和管距對密封性能的影響?；谒⒔z
4、束的三維切片模型及刷絲束截面排列模型進(jìn)一步研究了刷式密封的介質(zhì)流動規(guī)律和密封機(jī)理。耦合CFD（計(jì)算流體力學(xué)）方法計(jì)算的氣流力，采用矩平衡原理和線性疊加法提出了刷絲尖端力的計(jì)算理論，同時提出了基于ANSYS的刷絲尖端力的迭代算法。考慮刷絲尖端力、摩擦熱及傳熱過程，建立了刷式密封的三維切片溫度分析模型。計(jì)算結(jié)果得到了刷式密封的介質(zhì)壓力、流速、氣流力、刷絲尖端摩擦力、摩擦熱、溫度分布特點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)了理想接觸的刷式密封中，刷絲受到的氣流力、刷絲尖端力和摩擦熱、溫度在軸向上存在明顯的非均勻性。ANSYS的仿真結(jié)果與理論計(jì)算
5、的刷絲尖端力結(jié)果基本吻合。研究了刷絲軸向排數(shù)對泄漏率的影響，以及壓差和轉(zhuǎn)速對刷絲尖端溫度的影響。在上述理論基礎(chǔ)上，利用正交分析法研究了幾何參數(shù)對單級刷式密封泄漏、氣流力、刷絲尖端摩擦力、轉(zhuǎn)矩的影響。研究了兩級刷式密封的泄漏、氣流力和刷絲尖端摩擦力特性。發(fā)現(xiàn)了上游級和下游級的壓降、氣流力和刷絲尖端摩擦力的級間不平衡性，并對級間不平衡性進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)并搭建了刷式密封多功能實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，驗(yàn)證了泄漏率、轉(zhuǎn)矩和溫度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果及相關(guān)計(jì)算模型和理論。提出了基于纖維熱電偶測量刷絲束－轉(zhuǎn)子摩擦區(qū)溫度的新方法，具有對干
6、涉和偏心工況更敏感，不會明顯破壞原有的溫度場等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：刷式密封；三維模型；流場；密封機(jī)理；纖維熱電偶IAbstractAbstractDuetothesuperiorsealingcharacteristic,thebrushsealbrushsealtechnologyisanimportantwaytoimprovetheperformanceofaircraftengines,groundandmarinegasturbinesandotherrotatingmachineries.Thefric
7、tion&wearbetweenthebristletipsandrotorandthecorrespondingheatproblemisthemajorlimitationsofbrushsealsapplication.Establishesthenumericalmodelmoreappropriatetopracticalapplications,investigationsontheflowfield,bristletipforcesandheattransfercharacteristicsha
8、veimportantsignificancetoimprovethebrushsealperformance.Becauseofthecomplexityofthebrushsealstructureandresearch,establishmentofthetheoreticalmodelconformedtothebrushsealstructureandtheworkcharacterist
