基于FLUENT的某型燃气轮机迷宫密封机理研究

针对影响透平机械中旋转迷宫密封泄漏特性的3个因素:密封间隙、压比、转速,以某型燃气轮机的隔板迷宫密封为研究对象,数值研究了各个因素对迷宫密封泄漏特性的影响规律,计算分析了该迷宫密封在不同工况下的泄漏特性。研究结果表明:随着转子转速的增加,迷宫密封泄漏量减小;相同密封间隙下,泄漏系数随着压比的提高而近似线性增加;相同转速下,泄漏量随着密封间隙的减小而减小,且泄漏量减小的速度越来越慢。     

蜂窝密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

采用RNGk-ε两方程紊流模型和Simple算法,利用Fluent软件对蜂窝密封内的三维流动情况进行了数值模拟,从压比、蜂窝芯格尺寸、蜂窝深度、蜂窝壁厚等因素分析蜂窝密封的泄漏流动特性.结果表明:蜂窝密封特殊的六边形蜂窝结构可以将泄漏流分割成许多小涡流,气体在蜂窝腔中呈逆时针螺旋式三维紊流运动;随着压比的增大,蜂窝密封泄漏量增加,压比越大,泄漏量增加的趋势减缓;蜂窝芯格尺寸小,泄漏流被分割成小涡流的个数多,密封间隙摩阻效应大,泄漏量减少;蜂窝深度增大,泄漏量减少,蜂窝深度大于4 mm时,泄漏量减少的趋势减缓;随着蜂窝壁厚的增加,泄漏量略有减少.     

不同背压下蜂窝密封泄漏性能实验研究

蜂窝密封是减小透平机械工质泄漏的重要部件,本文设计并搭建了蜂窝密封泄漏实验装置,采用实验与理论相结合的方法,研究了背压阀门开度λ、转速及进口压力对蜂窝密封泄漏量的影响。结果表明：实验结果与理论计算吻合较好,相对误差在6%以内;在同一背压阀门开度下,密封泄漏量随着进口压力增大而增加,随着转速升高密封泄漏量几乎保持恒定;在进口压力和转速不变情况下,密封泄漏量随着背压阀门开度的增大而增加,当背压阀门开度λ=1时泄漏量达到峰值;与背压阀门开度λ=1相比较,当背压阀门开度λ=0时密封泄漏量最高可降低约15.9%。     

迷宫密封流场和泄漏量的数值分析与研究

应用Fluent计算软件采用标准k-ε湍流模型求解迷宫密封三维流场,研究了涡动转子在不同压比和偏心位移下密封腔室内的流场特性.进一步讨论了转子涡动速度、进出口压比和偏移位移对迷宫密封泄漏量的影响.研究发现,涡动速度越大对密封泄漏量的影响也越大,随着涡动速度的增加密封泄漏量降低;不同的进出口压比使密封中流体的轴向流速不同,当轴向流动速度达到跨音速以上时,密封泄漏量特性发生明显变化,此时密封泄漏量达到最大;密封转子的径向偏移量会增加密封的泄漏量.为了能在工程实际中更快更好地计算迷宫密封泄漏量,进一步修正和完善了Egli密封泄漏量经验计算公式,完善后的计算公式对迷宫密封工程设计及运行具有一定的意义.     

超临界二氧化碳扇贝阻尼密封动力稳定性研究

为研究超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide, SCO₂)扇贝阻尼密封在不同工况下动力稳定性,建立SCO₂扇贝阻尼密封数值计算模型,分析进口压力、温度及转速对SCO₂扇贝阻尼密封动力特性及泄漏特性的影响。结果表明：直接复合刚度随涡动频率增加由正变负;交叉复合刚度随进口温度、压力增加而减小,随转速增加而增大;SCO₂扇贝阻尼密封的有效阻尼随进口温度、转速增加而减小,随进口压力增加而增大,进口压力为8.1 MPa时有效阻尼约为7.7 MPa时的1.7～2.9倍;扇贝阻尼密封直接复合刚度、有效阻尼整体上大于迷宫密封,稳定性高于迷宫密封,但泄漏量略高于迷宫密封。     

刷式密封泄漏流动特性影响因素的研究

采用基于改进Darcian多孔介质模型的Reynolds-Av-eraged Navier-Stokes方程求解技术,用数值模拟的方法分析了在一定径向间隙条件下压比和刷丝束厚度对刷式密封泄漏流动特性的影响规律。根据发表的刷式密封泄漏量试验数据,确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数。利用所确定的刷丝束多孔介质渗透率系数,分别计算了在一定径向间隙条件下7种压比和5种刷丝束厚度时某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态。计算结果表明,压比和刷丝束厚度均影响刷式密封的泄漏量,在一定压比条件下,泄漏量随着刷丝束厚度的增加而减小;在一定刷丝束厚度条件下,泄漏量随着压比的增加而增加。因为刷式密封泄漏量与压比和刷丝束厚度近似成线性变化,所以压比和刷丝束厚度对刷式密封内泄漏流动形态的影响可以忽略。     

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。     

梳齿式蜂窝密封的封严特性研究

蜂窝密封技术是航天工业针对高温及高压差工况下开发出的高级密封技术,已广泛应用于各个行业.但由于蜂窝密封结构的复杂性,其封严机理的理论研究远远落后于实际应用.基于CFD软件平台,选择RNG k-ε湍流模型,对蜂窝、梳齿和梳齿式蜂窝的流动性能进行了数值研究.模拟结果表明,随着进气压比的增大,梳齿、蜂窝和梳齿式蜂窝密封的泄漏量增大.对于同一进气压比,梳齿式蜂窝密封的泄漏量明显小于蜂窝和梳齿的密封泄漏量,梳齿密封的泄漏量最大;蜂窝与梳齿组合成梳齿式蜂窝密封后,改变了蜂窝与梳齿腔内的流场结构,更有效地降低了泄漏.     

汽轮机斜孔腔蜂窝密封泄漏性能优化数值研究

蜂窝密封是目前汽轮机中最先进的密封方式,能够有效减少密封间隙同时显著提高转子的动力特性,蜂窝密封的结构创新和孔腔形状的几何优化是降低运行中泄漏率的有效途径。本文通过引入轴向倾斜角参数,提出了一种中心轴线与转轴轴线成一定角度的倾斜孔型蜂窝密封,利用Fluent软件模拟了不同孔腔几何形状的蜂窝密封的三维流场和压力分布,研究了几何参数对倾斜孔型蜂窝密封泄漏率的影响。结果表明：迎风倾斜孔型蜂窝密封与直孔型和斜齿迷宫密封相比,泄漏率有望显著降低,并探讨了轴向倾角对倾斜孔型蜂窝密封泄漏量的影响机理。     

高速旋转的汽轮机隔板密封内流体流动的模拟

采用数值求解粘性Navier-Stokes方程,研究考虑轴旋转效应的汽轮机高低齿迷宫式隔板密封内流体流动特性及其影响因素.采用有限体积方法离散控制方程,紊流模型采用标准κ-ε两方程模型进行求解.数值模拟了三种齿间距下不同压比时的高低齿迷宫式隔板密封内部的流场特性,并且计算了相应的无量纲流量系数.计算结果揭示了隔板密封内由于环形腔室和高低齿的作用导致密封内流体的动能有效地耗散为热能,起到了密封的作用.研究结果表明：在相同的几何结构下,压比的增加导致密封泄漏量的减小;在相同的压比条件下,密封的泄漏量随着齿间距的减小而减小.图6参4     

高低齿汽封与蜂窝汽封及孑L式阻尼汽封密封性能的比较

使用商用CFD软件Fluent对高低齿汽封、蜂窝汽封及孔式阻尼汽封进行了三维数值模拟,得到三种汽封在不同压比、轴转速和汽封相对间隙时的密封性能,并将高低齿汽封和蜂窝汽封计算值与试验数据进行了对比．结果表明：高低齿汽封流量系数随压比增大而增大,随转速加快而略有减小,随相对间隙的增大而减小;蜂窝汽封与孔式阻尼汽封的流量系数均随压比增大而减小,随转速加快而略有减小,基本呈直线变化规律,随相对间隙的增大而增大;在相同的条件下,蜂窝汽封的漏汽量比高低齿汽封的漏气量减少10％,而孔式阻尼汽封的漏汽量比蜂窝汽封漏汽量减少6％．     

高速齿轮箱迷宫密封流场和泄漏特性的数值研究

以某型大功率机车传动齿轮箱轴端迷宫密封为研究对象,建立错齿式迷宫密封的数值仿真模型。通过分析迷宫密封的密封机理和对泄漏量的影响因素,确定了数值模拟的边界条件。应用Fluent软件,求解N-5方程和能量方程,模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性,研究转速、压比和密封齿隙对泄漏特性的影响规律。研究结果表明：随着进出口压比的增加,泄漏系数先快速增加后趋于平缓;转速对泄漏系数影响很小;泄漏系数与齿隙呈分段线性关系。     

超微燃气透平非接触式密封的三维CFD数值分析

提出将螺旋密封应用于超微燃气透平气体介质密封.采用三维CFD数值计算方法分析了微尺度下无密封齿、迷宫密封和螺旋密封的泄漏规律及流场规律.结果表明:微尺度下迷宫密封最优齿数的存在与进、出口压比和密封间隙有关,而齿形对密封性能的影响没有宏观尺度下明显.在小压比下,密封轴转速对螺旋密封性能的提高明显,其泄漏减少量最高可达19.3%,因此螺旋密封显然优于迷宫密封和无密封齿;在大压比下,螺旋密封与迷宫密封的效果相当,均优于无密封齿.当压比为2时,迷宫密封的泄漏率比无密封齿降低27.1%.     

蜂窝汽封流场及泄漏特性的数值模拟研究

建立了蜂窝汽封三维流场数值模型,系统地分析了蜂窝孔径尺寸、蜂窝高度、入口压力等结构与运行参数对汽封流场及泄漏特性的影响.计算结果与分析表明,在运行参数不变的情况下,降低蜂窝孔径大小或增加蜂窝高度都有利于降低汽封泄漏量,提高密封效果.而在结构参数不变的情况下,汽封泄漏量随入口压力增大而增加,而随旋转速度增大出现减小的趋势.     

基于浮式风力机平台的分形特征垂荡板强迫振荡水动力特性

垂荡板因其具有增大水动力阻尼及附加质量的优点而广泛应用于海洋工程领域。将分形理论应用于垂荡板的结构设计,提出一种具有分形特征孔的垂荡板,运用Fluent的自定义函数并结合动网格技术对不同垂荡板模型进行数值模拟,研究其水动力特性。对比分析了不同振幅下实心、不同分形阶数(透空率)以及规则孔垂荡板的水动力特性,得到了不同垂荡板垂向力时间历程曲线、附加质量系数C_m和阻尼系数C_d以及涡量云图。结果表明:振动周期不变时,随振幅的增大,各垂荡板C_d值随之减小,最终趋于平稳,而C_m值随之增大;比较不同分形阶数时,C_m值随分形阶数增加而减小,C_d值随分形阶数增加而先增大后减小,在分形阶数为二阶时,C_d值最大;相同透空率时,分形孔和规则孔垂荡板C_m值大致相等,分形孔C_d值较规则孔有较大提升,最大提升为17.83%,平均为14.74%。由此可见,较之普通开孔垂荡板,分形特征垂荡板具有优越的性能。     

基于CFD混流式水轮机减压板结构形式研究

为研究减压板结构对混流式水轮机转轮上冠流道的影响,以红山嘴一级水电站#4水轮机为例,基于CFD商用软件,数值模拟额定工况下水轮机泵板装置,以排水管压力为指标验证模型的准确性,并优化减压板半径及高度,分别从泄漏水流态、主轴密封真空度、顶盖排水管压力三方面进行对比分析。结果表明,改变减压板高度较改变半径对流道内部影响更大;随着减压板高度减小或半径增大,主轴密封真空度增大且顶盖排水管压力减小;不同减压板结构上冠流道流态不尽相同。该水轮机在减压板半径不变的基础上向上移动15mm为最佳方案,实际工程可通过减小减压板高度来提高主轴密封性能。     

Sealing performance and mechanical behavior of PEMFCs sealing system based on thermodynamic coupling

The reliability of sealing system is closely related to the work performance of PEMFCs. The model of steel-strip PEMFCs is established in this paper, the stress-strain distribution of sealing system in single-cell and multi-cells structures under three different working temperature were investigated. Effects of compression ratio, fluid pressure, dislocation and dimension of gasket on the sealing performance and mechanical behavior of PEMFCs were studied. The results show that the sealing performances of single-cell and multi-cells structures are similar under different working temperatures. Temperature has a great influence on the von-Mises stress of sealing system and the deformation of MEA frame. The research results of single-cell can be extended to the multi-cells, but the influence of temperature can't be ignored. With the increasing of compression ratio, fluid pressure and dimension, the sealing performance also be improved. Excessive dislocation may aggravate the deformation of MEA frame. The high stress area appears inside cross section which is prone to cause seal failure and full cells collapse.     

考虑摩擦热效应的刷式密封性能仿真研究

建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型,通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况,在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析.结果 表明:随着上下游压差增大,刷式密封泄漏量逐渐增大,刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势;在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着...