迷宫密封转子动特性三维CFD数值的研究

1引言旋转机械转子系统中的非接触密封在阻止流体泄漏的同时,还会产生重要的流体激振力,影响转子振动稳定性。与动压滑动轴承的油膜类似,密封中流体膜(汽膜、水膜或油膜)动力特性中的交叉刚度k是促使转子做非同步低频涡动的激振力来源,直接阻尼C可以生成对这种低频涡动的抑制力     

单向特斯拉环形密封泄漏控制方法研究

针对透平机械动静间隙工质泄漏问题,提出新型单向特斯拉环形密封,建立特斯拉环形密封三维模型,采用计算流体力学方法研究特斯拉喷嘴几何结构(轴向数量、分流角、回转直径、喷嘴直径)与运行参数(压比、转速)对密封泄漏特性的影响。结果表明：特斯拉环形密封可以有效降低密封出口流速,抑制密封泄漏,最高可使泄漏量降低15.7%;高压比、高转速下特斯拉环形密封抑制泄漏效果更佳;轴向数目和喷嘴直径都存在一个最佳值,使特斯拉环形密封出口流速最小,泄漏量最低;随分流角减小,特斯拉环形密封出口流速与泄漏量减小;回转直径较小时,对特斯拉环形密封出口流速与泄漏量影响小,但超过喷嘴直径2倍后会使出口流速与泄漏量小幅回升。     

高低齿迷宫密封流场和泄漏特性CFD研究

应用Fluent软件,采用Simple算法和SSTK-w湍流模型,通过求解Navier-Stokes方程和能量方程来模拟迷宫密封腔内部流场及泄漏特性,计算结果与文献中的实验结果进行比较,最大误差为4%,验证了应用Fluent模拟迷宫密封腔内部流场的可靠性.在此基础上,研究了高低齿迷宫密封腔内部流动和泄漏特性,并通过引入修正系数对节流口射流收缩和空腔动能耗散不完善的影响进行了修正,构造了泄漏量计算公式.与现有的同类公式比较,该公式无需通过实验来确定参数,且能够更加准确的计算迷宫密封的泄漏量.     

基于CFX的实验台迷宫密封动特性数值计算

为了配合汽流激振实验数据的验证,根据所建立的汽流激振实验台的结构参数,建立迷宫密封的二维几何模型。采用k-ε湍流模型进行数值模拟,通过数值仿真研究了实验密封件的密封特性。获得了齿顶间隙分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.8mm的迷宫密封的动特性系数及泄漏量,对密封腔室内的流场进行了深入观察和分析。针对齿顶间隙为0.2mm的迷宫密封,分别计算了-60°、-45°、0°、45°、60°预旋下系统的动特性系数和泄漏量。研究结果可与后续实验数据进行比对,并为后续的汽流激振机理研究做准备。     

实际气体参数对迷宫密封静力与动力特性影响机理研究

理论分析了考虑实际气体参数的迷宫密封泄漏量计算公式与流动控制方程,基于转子多频椭圆涡动方法研究了不同气体介质对迷宫密封静力与动力特性的影响,揭示了实际气体参数对迷宫密封静力与动力特性影响的机理。结果表明:气体摩尔质量对迷宫密封的泄漏量呈正相关影响;在相同转子涡动频率下,随着气体摩尔质量的增大,主刚度系数、主阻尼系数和交叉阻尼系数的绝对值逐渐增大;密封气流力随着气体摩尔质量的增大而增大,CO2介质密封气流力是CH4介质密封气流力的1.63倍;随着转子涡动频率的增大,气体摩尔质量对有效阻尼系数的影响从惯性效应转移到摩阻效应,有效阻尼系数随着气体摩尔质量的增大在低频时增大、在高频时减小。     

透平机械阻尼密封技术及其转子动力特性研究进展

针对透平机械的气流激振问题所发展的阻尼密封技术的研究现状进行了综述.详细介绍了三种典型阻尼密封技术袋型阻尼密封、蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封的结构特点、动力学特性和阻尼机理及研究和应用现状.介绍了所开发的用于预测孔型阻尼密封转子动力特性的基于两控制容积Bulk Flow理论的模型和算法,并采用具有试验教据的孔型阻尼密封进行验证.最后对阻尼密封技术的设计、研发及在透平机械行业的应用前景进行了展望,以期对我国透平机械的密封系统的研发提供理论基础和技术参考.     

防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的影响

采用基于转子多频椭圆涡动模型的Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS)方程求解方法,研究了防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时,防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性系数的影响.计算分析了典型中等进口预旋条件下,无防旋板结构以及防旋板高度为1.85,3.7和...     

孔型气体密封转子的动力特性研究

采用基于两控制客积Bulk Flow理论和可压缩理想气体模型开发的计算程序对孔型密封转子的动力特性进行了分析,计算了在不同进口预旋、密封间隙和孔深时孔型密封转子的动力特性系数,并将其与已有的实验数据进行了比较.结果表明:增大进口预旋会使有效刚度和有效阻尼减小,交叉刚度增大,对转子稳定性不利;过大或过小的密封间隙尺寸均对孔型密封的总体性能不利;孔型密封的有效刚度和穿越频率对孔深的变化不敏感,但有效阻尼随孔深的减小而显著增大.计算结果与实验值吻合良好.     

径向间隙对刷式密封泄漏特性影响的数值分析

采用计算流体力学方法和多孔介质模型对5种径向间隙布置的刷式密封的泄漏流动特性进行了数值模拟.结果表明：相对于接触式零间隙密封,径向间隙为0.1 mm时的泄漏流量增加了1个数量级,且压比越大,泄漏流量的增幅越大.当间隙增加到0.3-0.4 mm时,从径向间隙通道直接流出的流体达到总泄漏流量的75%-85%.在各种间隙条件下,近背板截面刷丝自由端附近的径向压力梯度达到最大值,促使刷丝区域内的流体沿径向加速流向转子表面并从径向间隙通道流出.     

贯通式袋型阻尼密封动力特性影响因素研究

采用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)方法建立了贯通式袋型阻尼密封(fully partitioned pocket damper seal,FPDS)三维数值模型,并研究密封齿数Nb、密封齿厚度b及主/副腔室长度比λ对密封动力与泄漏特性的影响。结果表明：FPDS有效阻尼Ceff与直接刚度K的频率依赖性较高,直接阻尼C与交叉刚度k的频率依赖性较低且随着涡动频率的增加而降低;有效阻尼Ceff随齿数、密封齿厚度的增加而增大,而主/副腔室长度比对Ceff影响相对较小,在研究工况范围内,Nb=12时Ceff最高,较原始模型平均提高约12.69%,密封齿厚度b=5.048 mm时有效阻尼Ceff为原始模型的111%~138%,当主/副腔室长度比λ=5.1时有效阻尼Ceff仅为原始模型95%~105%;FPDS泄漏量随密封齿数减小而急剧增加,且主/副腔室长度比λ存在最佳值(λ=1)使密封泄漏性能最优,而密封齿厚度对密封泄漏量影响较小。     

内压环形管开孔补强分析

通过有限元方法,对内压环形管在沿管壁法向带接管的结构进行应力分析,研究在特殊位置,弯管法线方向开孔时环管及支管中的应力分布,并与直管开孔补强的结果进行对比,总结弯管中非特殊位置的结构开孔时应力分布特点,为弯管开孔补强设计提供参考。     

液体火箭发动机燃烧稳定性CFD分析

应用CFD方法对液体火箭发动机中的高频燃烧不稳定性进行了分析研究,建立了液体火箭发动机不稳定燃烧数值模拟的综合模型和控制方程,比较了PISO和MacCormack两种算法,得出了两种算法均能成功应用于不稳定燃烧分析的结论。阐述了ACLRECI系列程序。应用该程序对YF－860液氢液氧发动机和NAL液氧／甲烷发动机的稳定性进行了数值模拟,得出了该发动机的燃烧稳定性极限图。数值计算结果与试车数据一致。     

喷油压力波动对喷嘴内空穴发展影响的CFD分析

柴油机喷嘴内部空穴流动是造成喷孔出口燃油初次雾化的重要原因之一,影响喷雾特性,进而影响柴油机的燃烧及排放性能.而实际柴油机喷油系统中的喷油压力往往存在波动,使得喷嘴内部空穴流动现象更为复杂.针对垂直多孔喷嘴,利用混合多相流空穴模型,进行了喷嘴内部气液两相瞬态流动的三维数值模拟,深入分析了不同频率及不同波形的入口压力波动对喷嘴内部流动空穴发展过程的影响.分析得出,空穴有其自己的时间和长度尺度.     

旋转气体介质对环膜液体射流破碎不稳定性影响的研究

利用线性不稳定性理论研究了旋转气体介质对黏性环膜液体射流破碎的影响。研究结果表明,无论是轴对称模式还是非轴对称模式,由液体环膜内部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的失稳因素,有助于液体射流的破碎。另外,由液体环膜外部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的促稳因素,不利于液体射流的破碎。当相同强度的旋转同时存在于内部和外部气体介质中时,对于轴对称模式,内部气体介质的影响显著,而对于非轴对称模式,则外部气体介质的影响更为明显。通常情况下,非轴对称模式的扰动增长率强于轴对称模式的扰动增长率,因此会在环膜液体射流的破碎中占据主导地位。     

流体机械中浸液转子动力学特性的研究

基于大间隙环流中转子运动的理论模型,应用数值方法研究了流体机械中浸在大间隙环流中偏心转子的动力学特性。研究结果表明：惯性耦合动力学效应已不可忽略;偏心率,转子转速和壁面粗糙度等参数是影响大间隙环流中偏心转子动力学特性的重要参数。图4参4     

深水钻井密闭环空圈闭压力预测及释放技术

深水油气资源勘探开发中,由于水深的影响,海底及浅部地层温度低,而储层流体的温度相对较高,在钻井以及生产阶段,井筒内的钻井液或油流的温度明显高于浅部地层的温度,这样就导致套管柱各层套管之间环空的流体温度升高,如果各层套管之间的环空是一个密闭空间,必将导致压力的升高,压力升高到一定程度就存在挤毁套管的风险.因此,密闭环空的圈闭压力是深水开发钻井套管柱设计中需要考虑的必要因素.分析了环空圈闭压力升高的影响因素及计算方法,敏感性分析表明,油藏的初始静态温度、流体类型和生产流速、流体的特性、水泥浆封固位置对环空圈闭压力的影响较为明显.结合西非某油田实例,介绍了常用的释放环空圈闭压力的方法和现场应用效果,确定提高套管强度、套管设计中使用破裂盘、使用尾管代替套管和可压缩性泡沫材料,能有效释放密闭环空压力.     

CFD在涡轮排气管增压器流场分析中的应用

本文借助三维数值模拟软件Numeca,建立了涡轮排气管增压器涡轮机的网格模型,对涡轮排气管增压器(即增压器与排气管集成)的涡轮及排气歧管内部流场分布情况进行了稳态模拟.结果表明:涡轮排气管各进出口的总压差分布不均,以2#进口进气时总压损失最大,此外,对涡轮内部流场及温度场也进行了分析,流场及温度场整体分布比较均匀,流场局部还存在一定的改善空间.可见,CFD技术对于优化涡轮增压器涡轮及排气管的设计,改善增压器性能具有很好的指导意义.     

一种燃烧装置环形风箱结构的分析

本文针对某种燃烧装置的环形风箱结构做了详细介绍,并提出了改进措施。     

管内液相流动压降的实验研究及理论分析

基于现有测试平台对管内液相流动换热压降进行研究,通过调节工质泵转速、水箱温度等实现对工质流量、饱和压力的调节,调节预热段、蒸发段电加热功率,实现对实验管进、出口工质状态的控制,进而为实验提供可靠、稳定的运行环境;数据分析中,对管内工质摩擦压降、局部压降进行综合考虑,对测压工装进行特别设计,以提高压降测量精度。实验结果显示:管内总压降和局部压降随着质量流量的增加而增大,其中局部压降在总压降中占比约为7.8%~9.1%,各公式对摩擦压降的预测误差波动范围为1.03%~1.79%,且当质量流量<75 kg/h时,各公式预测误差小于10%,在一定程度上说明了实验数据的精确性。此外,袁恩熙公式在四个预测公式中预测精度最高。