基于压力和流量守恒收敛准则的微织构端面机械密封数值计算

目前在研究微织构端面机械密封时,离散求解雷诺方程时采用的压力收敛准则,并不能完全保证得到准确的泄漏率。提出基于压力收敛和内外径流量守恒收敛双重收敛准则的微织构端面机械密封数值计算方法,针对圆柱形微孔端面机械密封,基于考虑JFO边界条件的二维雷诺方程,建立含一个计算域的数值计算模型,并采用不同的收敛准则对开启力和泄漏率进行数值计算。结果表明:仅使用压力收敛准则不能显式判断计算是否已经满足质量守恒,不能准确计算泄漏率;仅使用内外径流量守恒收敛准则可能出现迭代初始阶段就满足收敛条件,导致错误结果;使用压力收敛准则和内外径流量守恒收敛准则相结合的双重收敛准则,可保证泄漏率计算的正确性。     

圆微孔及几何参数对机械密封颗粒分布的影响

由于目前关于微小颗粒在微孔端面机械密封间隙流体中的分布规律的研究较少,所以基于连续介质模型,建立了圆形微孔端面机械密封间隙流体的固液两相流数值模型。根据计算结果,分析了密封间隙流体中颗粒的分布规律:从外径到内径,颗粒体积分数逐渐增大,而且每个微孔单元内的颗粒分布规律相似;液体在微孔内形成了涡流,颗粒在涡流中心区域大量聚集。最后,讨论了微孔几何参数对颗粒分布的影响:在不同转速下,微孔面积比、微孔深度的增大都能提高孔内区域的颗粒量。     

均布圆柱形孔活塞环油膜承载力的解析解和数值计算

现有对微织构的研究多采用数值法。相比于数值解,解析解有助于简单清楚的表达微孔活塞环润滑性能的主要影响因素和各物理量的潜在关系,提高设计者的认识。基于入口吸入理论和流量连续性条件,对均布无限个圆柱形微孔的活塞环的一维油膜的空化区分布、压力分布和承载力进行了解析计算,并将一维解析解积分得到了一个周期油膜的承载力。解析解表明均布n个圆柱形微孔活塞环的前n-1孔的压力分布相似,最大压力相等,最大压力与进口压力,孔间间距和空化压力相关,在均布微孔时,孔内最大压力约为进口压力的两倍；第n孔的压力分布和最大压力还与出口压力相关,在均布微孔时,孔内最大压力约为进出口压力之和。还揭示了孔深对空化分布和油膜承载力的影响机理,当孔深大于油膜厚度的一半时,随着孔深的增加,空化区面积减小。使用Fluent软件对均布四个孔的油膜进行了数值模拟,并与解析解作对比。在解析解有解,数值解收敛的范围内,解析计算和数值计算的结果规律一致,解析式能解释数值模拟得到空化区分布、压力分布以及油膜承载力的变化趋势,所获得的在最大油膜承载力时的微孔几何尺寸也与模拟计算一致,油膜承载力的解析解和数值解最大相差10%。     

基于多楔现象的微孔端面机械密封泄漏率分析及孔形设计

微孔的几何形状对微孔端面机械密封泄漏率有较大的影响，所以基于楔效应理论研究了微孔几何形状与泄漏率的关系。首先，应用等边三角形多楔现象的研究方法，对椭圆形、菱形、矩形、等腰三角形四种方向性微孔的多楔现象进行了分析，椭圆形、菱形和矩形微孔表现为中心对称两楔性质的微孔，等腰三角形微孔表现为非中心对称两楔性质的微孔。然后，分析了多楔现象对回吸率、回送率和泄漏率的影响，发散性楔形成的低压区是回吸率的主要影响因素，收敛性楔形成的高压区是回送率的主要影响因素，泄漏率受前两者的综合影响。最后，基于对多楔现象的理解，选取回吸能力最强和回送能力最强的两个楔形结构进行组合，设计出一种新的微孔，相比于原来的四种方向性微孔，其泄漏率最小。