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《大连理工大学》 2003年
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直通式迷宫密封内部二维流场的数值模拟

刘欣  
【摘要】:迷宫密封是工业上广泛采用的一种密封形式,长期以来,人们一直不断地 对它进行研究,获得了许多有益的成果,这些成果在生产实践中被充分利用, 收到了良好的经济效益。但是,随着科学技术的飞速发展,科学研究的各个领 域都面临着新一轮的挑战。就密封而言,传统的依赖于总体试验的研究方法, 在充分发挥了其在工业生产中的重要作用之后,也逐渐地暴露出自身尚存在有 待完善之处,其中之一便是对迷宫空腔及间隙内部流场和压力场的定量认识不 足。本文即是在前人已有理论成果的基础上,针对上述不足展开研究,以期在 迷宫密封的研究领域中有所渐进。 本文研究工作的技术路线是: 第一,建立直通式迷宫密封二维几何模型; 第二、提出基本假设,确立物理模型; 第三、通过数值计算,绘制出不同几何条件下直通式迷宫密封内部二维流 场的可视化图形; 第四、通过实验考察数值模拟结果是否正确; 第五、根据理论计算结果和实验结果的对比分析得出结论。 针对几何因素对直通式迷宫密封效果的影响,本文参考了相关文献资料, 确定所要研究的几何参数为:齿间距(s)、间隙高度(h)、齿高(H)和齿宽 (b)。并根据现有工业用直通式迷宫密封的结构,加以适当调整,从无量纲的 角度确定了各几何参数的研究范围是: s/h=10~80,H/s=0.25~1.0,6/h=0.1~20.0。 本文吸收了前人在迷宫密封领域中许多重要的研究成果。在此基础上,通 过数值模拟和实验验证两种手段,对直通式迷宫密封内部二维流场进行了初步 探讨。综合近两年的论文研究工作,最后总结出以下几点浅显的认识: 一、利用MATLAB数学语言编程计算,就几何因素对直通式迷宫密封的影 响效果进行数值模拟,直观地显示出迷宫内部流场及压力场的分布情况,从而 直通式迷宫密封内部二维流场的数值模拟 确定出较为合理的几何结构。由此可见,数值模拟方法在研究迷宫内部流场和 压力场的定量研究过程中,同以总体试验为主的传统方法相比,具有一定的优 越性。 二、由数值模拟结果得出的较为合理的直通式迷宫密封几何结构参数范围 是:s/h二40或60,H/s=O.5,b/h1O(b不宜过大)。 三、利用粒子成像(PartiCle Image Veloeimetry简称PIV)技术作为基 本实验手段,拍摄了与数值模拟条件相比,具有物理相似特征的各种情况下的 流场照片。通过实验结果与数值计算结果的对比分析,可以看出,本文对直通 式迷宫密封内部二维流场进行的数值模拟是基本正确的。因此,采用数值计算 方法得到的直通式迷宫密封几何结构参数范围,对于实际结构设计也具有一定 的参考价值。 总之,本文对直通式迷宫间隙和空腔内部流场及压力场进行了定量计算, 计算结果得到了实验结果的验证。本文比较完整地分析了直通式迷宫密封内部 流体的流动形式,为迷宫计算提供了较为完善的数学模型,并为迷宫设计提供 了依据。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TH136

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【引证文献】
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