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上游泵送机械密封流固热耦合研究Fluid--Mechanical--Thermal 上游泵送机械密封流固热耦合研究 Fluid--Mechanical--Thermal Multi·-field coupling study of Upstream Pumping Mechanical seal 201 5年6月 万方数据 独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：1缘戊 2口f多年善月．『日 万方数据 万方数据 万方数据 学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版) 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许 论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论 文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本 论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布 (包括刊登)授权江苏大学研究生院办理。 ／ 本学位论文属于不必威体育官网网址回。 学位论文作者签名：】综 7．o／Y年6月 蚨产 万方数据 万方数据 江苏大学硕士学位论文摘 江苏大学硕士学位论文 摘 要 上游泵送机械密封因其在流体润滑、泄漏小甚至无泄漏等方面的优势而得到 广泛关注和研究，但因液体摩擦等的相对复杂性，其研究和推广进程远不如干气 密封。上游泵送机械密封运行中的热、力变形是直接影响密封性能和使用寿命的 重点问题，也是涉及多场耦合和跨尺度微间隙流动的复杂问题，这方面的研究， 无论在理论模型、计算方法还是试验手段等方面尚有诸多需要深入研究解决的问 题。本文在国家自然科学基金和航窄科学基金项目(201328R3001) 的资助下，通过上游泵送机械密封流固热多场耦合模型的建立，模拟计算和试验 对比分析，研究密封环热、力变形特征及其对密封性能的影响，为卜游泵送机械 密封的进一步研究和应用提供理论参考依据。 本文在前人研究基础上，建立J，螺旋槽上游泵送机械密封液膜三维微间隙流 场热特性分析模型、热一力耦合模型、双向流固耦合模型及双向流固热耦合模型。 模拟研究了液膜内流场、密封环及液膜热特性、密封环热一力变形特性，以及热一 力变形、密封环材料和运行工况等对密封性能的影响关系，获得如下研究结论： 1．密封微间隙液膜热特性对密封性能有着明显的影响，考虑热特性后，计 算开启力减小；在本文研究参数范围内，上游泵送机械密封端面槽型参数对开启 力影响较大，对摩擦扭矩和温升的影响相对较小。 2．热．力耦合模拟研究表明，密封环热变形为膨胀变形、力变形为压缩变形， 密封端面热、力变形方向基本相反，一般热变形量大于力变形量，两者具有一定 的抵消作用；密封环转速对热一力耦合变形的影响大于密封介质的影响；热膨胀 系数和热导率小的密封材料有利于减小变形量。 3．流固耦合模拟研究表明，密封端面最大变形量发生在螺旋槽内侧，且沿 周向呈现波浪形变形；动环和静环均采用碳化硅时，变形量最小，动环为碳化硅、 静环为碳石墨时变形量次之，反之，变形量最大。 4．双向流固热耦合模拟研究表明，静环应力主要集中于密封环背面，同时， 研究得到静环的最大应力。最大温升和变形量随转速、介质压力的变形规律；密 封端面摩擦扭矩的模拟结果与试验结果具有较好的一致性，说明双向流固热耦合 能更好地反映密封运转特性，所建立的模型具有较好的可靠性。 关键词：上游泵送机械密封，数值模拟，流固热耦合，热．力变形，密封性能 上游泵送机械密封流固热祸合研究 11 江苏大学硕士学位论文ABSTRACT 江苏大学硕士学位论文 ABSTRACT Upstream pumping mechanical seal has obtained extensive attention and research because of its advantage in fluid lubrication and minor even no leakage，but as the relative complexity of fluid medi