离心泵环形平面密封动力特性的数值计算

离心泵转子密封结构直接影响泵的密封性能及其转子动力学特性,为了研究离心泵转子环形平面密封的密封结构与密封性能、密封动力特性之间的关系,通过建立密封动力学模型,采用CFD方法计算分析了不同密封长度、密封间隙、密封压差、转子涡动速度比、涡动振幅、进口预旋速度等参数对密封泄漏量、流体作用力及密封动力特性系数的影响。结果表明:泄漏量随密封压差和密封间隙的增大而增大,随密封长度增加而减小。预旋速度、密封长度、密封间隙及涡动速度直接影响转子的稳定性,设计时合理选择负预旋速度、较大间隙、较短的密封结构,能有效减小交叉刚度系数,增大直接阻尼系数,减小转子的不稳定区域,提高转子的稳定性。预旋速度对质量系数、阻尼系数影响不明显,但对交叉刚度系数影响较大,直接影响转子的稳定性.密封质量系数、直接阻尼系数、交叉阻尼系数及交叉刚度系数随密封长度增加而增大,直接刚度系数随密封长度增大而减小。此方法和分析结果对离心泵转子的密封设计和动力学分析具有一定的参考价值和指导意义。     

错齿式迷宫密封结构优化的数值模拟

以某机械设备的错齿式迷宫密封结构为研究对象,根据计算流体力学理论建立了数值计算模型,运用Fluent软件数值模拟了迷宫密封内部气体的压力和速度分布状况,探索了间隙宽度和空腔深度在4种不同压比下对泄漏量的影响机理,并对原有模型的空腔宽度、齿宽等结构参数进行了优化,提出了4种不同尺寸的密封结构模型,比较了5种模型的泄漏量随压比的变化规律。结果表明:泄漏量随间隙宽度的增加而增加,随空腔深度的增加而减小,优化后模型D的泄漏量明显降低。研究可为错齿式迷宫密封结构的优化和应用提供参考。     

双螺杆泵多点啮合型转子设计与内部流动特性

针对传统双螺杆泵螺杆转子螺旋面啮合区磨损严重、内泄漏大等问题,根据啮合原理,建立椭圆弧及其共轭曲线的啮合模型,构建传动比为2∶3的主从螺杆端面型线,提出一种新型多点啮合型螺杆转子结构.应用计算流体动力学方法对新型双螺杆泵内部流场进行数值计算,研究了泵内部流动特性.研究结果表明:所提出的新型螺杆转子在轴截面上可实现三点啮合,在双螺杆转子上形成多重密封;采用V形凹槽的主螺杆转子齿顶压力分布均匀,采用传统结构的从螺杆转子齿顶处压力分布呈阶梯状;从螺杆转子周向啮合间隙处泄漏速度为主螺杆转子的1.8倍,表明主螺杆转子齿顶V形凹槽两侧的光滑顶棱与泵腔内壁面形成的类迷宫密封可有效减小周向啮合间隙处的泄漏;新型螺杆转子较大改善转子的磨损适应性,有效减小了双螺杆泵的内泄漏,对提高双螺杆泵的高压环境适应能力具有重要意义.     

三自由度微扰下的静压干气密封动态特性分析

为了了解三自由度微扰下静压干气密封的动态特性,采用小扰动法和有限差分法求解静压干气密封端面气膜压力控制方程,研究了压缩数、频率数和气源压力对静压干气密封动态特性的影响.结果表明:轴向直接动态气膜刚度随压缩数、频率数、气源压力增大而增大,但两角向直接刚度受压缩数的影响较小;轴向、两角向直接动态气膜阻尼随压缩数、气源压力增大而减小.轴向直接阻尼在压缩数Λ为20以下,下降明显.两角向交叉耦合动态刚度、阻尼分别呈现轴对称特性.两角向的交叉耦合刚度在低压缩数(Λ=1~40)下,与压缩数关系不大,但高压缩数(Λ≥40)下,耦合刚度随压缩数的增大而增大.两角向的交叉耦合阻尼,在低压缩数(Λ=1~40)下,随压缩数的增大而增大,但在高缩数(Λ≥40)下,与压缩数关系不大.     

端面规则凹坑造型机械密封综合性能的数值分析

考虑密封端面间液膜的空化现象和流体动、静压效应的相互影响,建立了端面规则凹坑造型机械密封的理论分析模型,利用多重网格法分析了在不同的密封系数下,球缺面凹坑的几何结构参数对端面间液膜开启力、摩擦转矩和液膜刚度的影响.结果表明,密封系数和微凹坑的深径比对密封性能的影响较大,密封系数越大,液膜开启力和刚度越大,存在最优的深径比使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的深径比随着密封系数的增大而减小;面积密度对密封性能的影响不明显,存在最优的面积密度使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的面积密度不受密封系数的影响.     

水轮机应用蜂窝密封的吸水和减振模拟试验

为减少混流式水轮机止漏环中流体产生的自激振动,根据止漏环各种密封结构,简化并提出密封模型,并根据模型搭建了试验台.采取直接测量转轴振动的方法,对比了简化后的密封模型与蜂窝密封在调整转子偏心程度的情况下振动幅值、波形图和频谱图的差别,以及增加转子质量不平衡块后两种密封振动幅值的变化.结果表明,蜂窝密封比普通的迷宫密封更能够抑制由于偏心和不平衡引起的振动.在最小密封间隙的上下游安置吸水装置,对比其振动情况,上游吸水可有效地降低转子振动.     

小锥度环形密封转子动特性

为求解小锥度下液体环形密封动特性系数和转子所受激振力的大小,建立了小锥度环形密封全三维模型,利用CFD Fluent软件及其气穴模型计算得到了转子表面压力分布和气穴存在的位置.研究了进出口压差、ω/Ω和不同转速下小锥度环形密封转子表面压力变化规律,并得到了不同转速下气相分布情况.最后依据转子动力学模型和激振力方程,分析了压差分别为1.38,2.41,3.45 MPa和转速分别为1.02×104,1.74×104,2.46×104 r/min情况下密封动特性系数和涡动比.将计算值同Childs的理论值和Lindsey的试验值进行了对比.结果表明:增加进出口压差、增大ω/Ω和提高转速均能增大小锥度环形间隙压力,有效减小气穴范围,提高环形间隙密封性.模拟结果同试验值和理论值基本吻合,并且整体上更接近于试验值,这为具有小角度液体环形密封的工程研究提供了理论依据.     

小锥度环形密封转子动特性

为求解小锥度下液体环形密封动特性系数和转子所受激振力的大小,建立了小锥度环形密封全三维模型,利用CFDFluent软件及其气穴模型计算得到了转子表面压力分布和气穴存在的位置.研究了进出口压差、ω/Ω和不同转速下小锥度环形密封转子表面压力变化规律,并得到了不同转速下气相分布情况.最后依据转子动力学模型和激振力方程,分析了压差分别为1.38,2.41,3.45MPa和转速分别为1.02×104,1.74×104,2.46×104r/min情况下密封动特性系数和涡动比.将计算值同Childs的理论值和Lindsey的试验值进行了对比.结果表明:增加进出口压差、增大ω/Ω和提高转速均能增大小锥度环形间隙压力,有效减小气穴范围,提高环形间隙密封性.模拟结果同试验值和理论值基本吻合,并且整体上更接近于试验值,这为具有小角度液体环形密封的工程研究提供了理论依据.     

螺旋槽端面密封的刚度特性

为了解决螺旋槽端面密封在不同环境下的刚度设计问题,对其刚度特性进行了数值计算和影响因素分析.采用Possion方程定解的贴体坐标生成计算网格,将螺旋槽不规则曲线边界转换为规则矩形边界.将Reynolds方程转换到计算平面,采用基于贴体坐标系的有限差分方法对Reynolds方程进行数值求解,得到螺旋槽密封刚度特性数值模型,并分析了内外径比和转速对密封刚度特性的影响.结果表明：当其他参数固定,内外径比为0.5～0.6时,流体膜具有最大的刚度;随着密封外径的增大,刚度整体有所提高,内外径比对刚度的影响更为显著;流体膜刚度随转速的升高而线性增大,并且内外径比为0.5～0.6时,刚度增大幅度最大;对于窄面密封,当扰动随转速成比例提高而导致密封刚度不足时,必须提高内外径比才能保证密封的正常工作.     

齿间角对迷宫灌水器水力特性影响的数值模拟

为了探究迷宫流道齿间角对灌水器水力性能的影响,应用CFD流场和速度场的数值分析方法,研究齿间角度分别为50°,60°,70°和80°时正齿型和斜齿型迷宫灌水器的流场和速度场随齿间角的变化规律.研究结果表明：相比于RNG k-ε模型和SST模型,标准k-ε模型的计算结果与试验结果更加接近;正齿型和斜齿型迷宫灌水器通道内主要存在2处低速回流区,即齿型的左上侧低速回流区和右下侧低速回流区;相比于正齿型迷宫灌水器,斜齿型迷宫灌水器左上侧的低速区域较多,而右下侧的低速区域较少;随着齿间角度不断增加,灌水器内的流量不断增大,斜齿型迷宫灌水器内的流量增加受齿间角度的影响更为明显;正齿型迷宫灌水器的流量系数较大,但流态指数较小,齿间角度为70°的正齿型迷宫灌水器的流态指数在所有灌水器中最小,其水力性能最好.     

迷宫流道齿转角与齿间距对滴头性能的影响

以齿形迷宫流道为研究对象,齿转角和齿间距分别设置4个水平,采用两因素四水平全面试验方法设计,根据流体动力学两相流理论,利用Fluent 63软件对设计滴头进行了液固两相流数值模拟,分析了齿转角和齿间距对滴头水力性能和抗堵塞性能的影响．结果表明:齿转角、齿间距与流量系数均呈正相关关系,流量系数随齿转角和齿间距的增大而增大;齿转角对流态指数的影响较为复杂,以120°为转捩角呈2种变化趋势,当齿转角大于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先减小后增大的趋势;当小于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先增大后减小的趋势．提出以颗粒浓度的某个范围分析灌水器的抗堵塞性能的方法,流道内悬浮颗粒最高浓度的高低与高浓度区域所占比例并不完全一致,但最高浓度越高,则颗粒聚集的机会越大,发生局部沉淀的可能性就越大,高浓度区域所占面积也相对较大,滴头越易发生堵塞．     

单齿型矩形迷宫灌水器水力性能的数值分析

以矩形流道灌水器以及加齿后矩形流道模型为研究对象,借助CFD流体分析软件FLUENT对不同尺寸的流道模型进行压力流量模拟分析,将分析后的结果以流道内最小过流断面为控制因素,进一步利用TECPLOT软件分析灌水器内速度流场的变化。结果表明,单齿型矩形流道迷宫灌水器的水力性能优于矩形流道迷宫灌水器;在同一种尺寸的矩形流道内加齿,随着齿高的增加,流量系数和流态指数均减小;当流道内加齿处的过流断面比保持一致时,流道的流量系数随尺寸的增加而增大;并且流道尺寸越大,加齿后流态指数降低程度越大,越有利于提高灌水器的灌水质量;相比于矩形流道灌水器,单齿型矩形流道具有较好的消能效率,为进一步研制高水力性能的灌水器提供一定的理论基础。     

拖拉机、汽车发电机定子铁心卷叠加工工艺研究

对拖拉机、汽车发电机定子铁心卷叠加工工艺的若干关键技术作了较为全面的论述，并归纳出有实用价值的带料展开齿节距计算式。对于以驱动销驱动的卷绕机结构，提出“长销距”的防干涉设计方法。同时，“准全形”挤压和在线检测以及微机的应用，亦为该工艺的实用化提供了有力的保证。     

基于车辆模型的平顺性脉冲振动仿真试验

利用车辆模型进行脉冲振动仿真试验得到车辆振动情况,调节至较佳的悬架参数,从而使车辆获得较好的平顺性。根据GB/T5902-86《汽车平顺性脉冲行驶试验方法》,利用车辆模型,模拟脉冲输入,获得车辆振动加速度输出,根据加速度输出情况,调节悬架刚度、阻尼系数。结果表明,基于半车模型的车辆脉冲振动仿真试验可以在一定范围内反映车辆振动情况和趋势,对悬架参数的设计具有较大的指导意义。     

基于多种UDF方法的变桨距垂直轴风力机性能分析

为了提高垂直轴风力机的性能,针对变桨距垂直轴风力机,利用叶素理论求得叶片在不同方位桨距角的变化规律,使叶片在各个不同位置升力系数达到最大;通过滑移网格、动网格、滑移网格动网格组合等动区域方法的研究,实现了变桨距垂直轴风力机主动控制数值模拟方法的多元化;最终获得不同叶片各自产生的总力矩和风能利用率。用垂直轴风力机的试验和模拟对比分析,验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明,采用变桨控制规律的垂直轴风力机,提高了风力机的风能利用率,尤其是在低尖速比情况下,很大程度上改善了风力机的起动性能,尖速比为1.5、2.0、2.5时,相对定桨距风力机功率都增大90%左右。     

考虑物料结合系数的倾角振动输送机系统动力学分

在考虑物料非线性作用力基础上建立含有物料结合系数的倾角振动输送机力学模型,采用解析法对该模型进行求解与分析.分析结果表明:当工作面有倾角时物料结合系数比工作面无倾角时小;物料结合系数与阻尼系数随着振幅的增大而减小,其中物料结合系数减小较快;物料结合系数随着转速的增加而减小.     

滑移流影响螺旋槽干气密封性能的解析法

干气密封低速运转时,气膜很小,受微尺度效应滑移流的影响明显.为准确、有效地计算低速运转下干气密封的性能,以螺旋槽干气体密封为例,采用有效黏性系数方程对Muijderman螺旋槽窄槽理论气膜压力控制方程进行修正,并加以求解,获得不同滑移流模型对干气密封端面开启力、泄漏量、气膜刚度的影响规律.在不同转速、不同膜厚条件下与文献中的有限元法计算结果进行比较.结果表明,通过近似解析法获得开启力、泄漏量、气膜刚度与对照文献差别不大.相同转速下,气膜厚度在0.6~1.2 μm时,随着气膜厚度的增加,开启力和气膜刚度变小、泄漏量变大;相同膜厚下,开启力、泄漏量、气膜刚度均随转速的增大而增大.多种滑移流模型计算结果基本重合.     

T型槽柱面气膜密封稳态性能数值计算研究

为了分析T型槽柱面气膜密封性能,建立了多种数值模型.采用CFD(Computational FluidDynamics)数值模拟对T型槽柱面气膜密封气膜刚度、浮升力和泄漏率的影响因素进行了研究.研究结果表明:泄漏率受平均气膜厚度影响非常显著,平均气膜厚度增大30μm,泄漏率增大4.5×10-4 kg/s,气膜偏心率次之...