發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 14:39

【摘要】：隨著航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高,使密封件所處的工作條件日趨惡劣,由于密封零部件失效所導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障的情況時(shí)有發(fā)生,流體動(dòng)壓指尖密封等先進(jìn)密封技術(shù)的相關(guān)研究工作就是在這種工程背景上發(fā)展起來(lái)的。與宏觀尺度下的流動(dòng)系統(tǒng)不同,隨著泄漏間隙的不斷減少,表面流動(dòng)效應(yīng)成為了影響流體動(dòng)壓指尖密封流場(chǎng)性能的主要因素,在以往的研究中并未考慮氣體在流體動(dòng)壓指尖密封泄漏通道內(nèi)的表面流動(dòng)效應(yīng),而這種效應(yīng)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響,因此開(kāi)展對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封的流場(chǎng)模型分析,并且考慮表面流動(dòng)效應(yīng)的理論研究,對(duì)設(shè)計(jì)高性能的流體動(dòng)壓指尖密封及其工程應(yīng)用具有重要的意義。為此,本文通過(guò)構(gòu)建出流體動(dòng)壓指尖密封的結(jié)構(gòu)模型和流場(chǎng)模型,在氣體泄漏通道內(nèi)考慮了表面流動(dòng)效應(yīng)對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封性能的影響,其中主要探討研究壁面滑移效應(yīng)和密封轉(zhuǎn)子上加工出表面織構(gòu)對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封性能參數(shù)的影響。本文首先介紹了流體動(dòng)壓指尖密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、密封原理及存在問(wèn)題,著重分析了流體動(dòng)壓指尖密封的設(shè)計(jì)流程,結(jié)構(gòu)約束條件和流場(chǎng)邊界條件的設(shè)置,并且在ANSYS Workbench的CFX模塊中進(jìn)行了流固耦合分析。通過(guò)分析流體動(dòng)壓指尖密封泄漏通道內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)特點(diǎn),結(jié)合指尖密封的實(shí)際工作狀況,確定出泄漏通道內(nèi)氣體所處的流動(dòng)區(qū)域。對(duì)傳統(tǒng)的Navier-Stokes方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化并且加入了壁面滑移邊界條件,通過(guò)對(duì)比和無(wú)滑移狀態(tài)下的氣體運(yùn)動(dòng),探索出了耦合多因素作用下氣體運(yùn)動(dòng)的滑移行為規(guī)律。之后,本文設(shè)計(jì)出密封轉(zhuǎn)子上加工有表面織構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型和流場(chǎng)模型,計(jì)算結(jié)果說(shuō)明在密封轉(zhuǎn)子上加工出表面織構(gòu)能夠起到更加充分耗散泄漏氣體動(dòng)能的目的,從而有效地阻滯泄漏通道內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng),使其密封效果顯著增加。最后,與外文文獻(xiàn)試驗(yàn)中模型的對(duì)比,構(gòu)建出圓弧型線流體動(dòng)壓指尖密封的結(jié)構(gòu)模型和轉(zhuǎn)子上加工有表面織構(gòu)的流場(chǎng)模型,對(duì)比了流體動(dòng)壓指尖密封在不同壓差工況下的單位時(shí)間泄漏率,從而客觀驗(yàn)證了本文理論設(shè)計(jì)的可行性。通過(guò)本文對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封泄漏氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)研究工作,證明了當(dāng)考慮表面流動(dòng)效應(yīng)對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封有著不可忽略的作用,主要表現(xiàn)為壁面滑移和表面織構(gòu)對(duì)泄漏氣體運(yùn)動(dòng)的影響分析。其中,由于壁面滑移效應(yīng)的存在,會(huì)使流場(chǎng)中氣膜承載力降低,同時(shí)泄漏率增大,而表面織構(gòu)能夠起到耗散泄漏氣體動(dòng)能的目的,提高了流場(chǎng)中氣膜承載力,從而減少密封泄漏率。因此,本文所提出的考慮表面流動(dòng)效應(yīng)的流體動(dòng)壓指尖密封性能研究分析以及初步的計(jì)算分析結(jié)果,對(duì)流體動(dòng)壓指尖密封的后續(xù)研究工作和工程應(yīng)用具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762554