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《上海交通大学》 2011年
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刷式密封泄漏流动及接触传热的数值分析

戴伟  
【摘要】:刷式密封的出现极大的降低了透平机械内部的泄漏流量,但同时由于刷式密封的复杂结构使得其流动状况复杂,泄漏以及顶端摩擦传热成为目前的研究热点。本文采用计算流体力学(CFD)的方法研究了紧凑叉排管束对于流动的阻塞,进一步揭示了刷丝内部的流动现象。结合多孔介质模型研究了刷式密封在不同几何条件下的泄漏流动情况。同时利用有限元方法对刷丝尖端的接触受力进行研究,并结合多孔介质方法尝试建立刷式密封顶端摩擦热源的流动换热模型,得到密封周围的流动换热状况。 本论文首先对紧凑叉排管束进行流动分析,得到在管束紧凑排列条件下,随着雷诺数的增加,两端压差呈幂函数增长趋势。流体在经过第一排管束以后流场速度的分布已经稳定。然后采用多孔介质模型分析了间隙为0mm~0.4mm的五种密封在三种压比(1.5,2.5,3.5)下的泄漏量以及流动特性。可以得到相对于接触式零间隙密封,径向间隙为0.1mm时的泄漏流量增加了一个数量级,且随压比增加泄漏流量的增幅越大。当间隙增加到0.3~0.4mm时,从径向间歇通道直接流出的流体达到总泄漏流量的75~85%。此外,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从径向间隙通道流出。在某汽轮机组加装刷式密封进行改造的计算结果表明:改变刷式密封的安装位置对其泄漏量的影响几乎可以忽略。但随着刷封个数的增加,其对泄漏的遏制效果愈加明显。当密封个数增加到三级时,泄漏量可以降到原先的20%。最后对刷式密封接触传热模型的分析表明刷丝接触力随着干涉量的变化出现迟滞效应。高温部分出现在刷丝尖端,并沿径向呈指数衰减。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK124

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【参考文献】
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