硬密封結(jié)構(gòu)界面泄漏特性的數(shù)值分析及理論預(yù)測方法.pdf

1、密封技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其中石油、化工、電子、核能、航空航天等領(lǐng)域都對密封有著嚴(yán)格的要求。目前在工程應(yīng)用領(lǐng)域，對密封技術(shù)的研究大部分還是集中在密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與創(chuàng)新，以此來提高設(shè)備的密封性能及可靠性。但對于靜密封而言，無論密封結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，都存在一個關(guān)鍵密封面，任何泄漏的發(fā)生都需要通過這個關(guān)鍵密封面。然而，由于表面粗糙度的存在，兩密封面結(jié)合時不可能完全契合，總會存在泄漏的通道，即泄漏是不可避免的。所以，提高硬密封結(jié)構(gòu)的密封性能不應(yīng)僅

2、僅圍繞整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究，而要針對界面泄漏的微觀通道和流動特性進(jìn)行分析研究。
　　本文首先基于隨機(jī)過程理論，采用二維數(shù)字濾波技術(shù)，生成了滿足Gauss分布和指數(shù)自相關(guān)函數(shù)的數(shù)值粗糙表面。該數(shù)值粗糙表面的形貌特征則可以通過粗糙度、自相關(guān)長度兩個參數(shù)來進(jìn)行調(diào)整，以生成具有特定形貌特征的粗糙表面。
　　為了研究表面形貌特征對泄漏率的影響，在數(shù)值粗糙表面的基礎(chǔ)上直接使用三維圖形軟件構(gòu)建了粗糙界面泄漏的泄漏通道幾何模型。然后，采用

3、CFD軟件對粗糙泄漏通道幾何模型的流場進(jìn)行數(shù)值計算，得到相應(yīng)粗糙度和間隙高度所對應(yīng)的泄漏率大小。為了研究粗糙界面泄漏與平直通道泄漏的區(qū)別，本文引入了流量因子，并對其進(jìn)行負(fù)指數(shù)函數(shù)形式的無量綱擬合。
　　針對密封間隙高度的計算，本文采用了 Roth模型。模型指出密封間隙高度由表面形貌特征、密封載荷、密封材料力學(xué)特性等共同決定。為了獲得模型中的密封系數(shù)，本文采用 FEA軟件對粗糙表面微觀接觸行為進(jìn)行模擬仿真分析。并且，發(fā)現(xiàn)密封系數(shù)與粗