硬密封結構界面泄漏特性的數值分析及理論預測方法.pdf

1、密封技術在現代工業(yè)中應用廣泛，其中石油、化工、電子、核能、航空航天等領域都對密封有著嚴格的要求。目前在工程應用領域，對密封技術的研究大部分還是集中在密封結構的優(yōu)化與創(chuàng)新，以此來提高設備的密封性能及可靠性。但對于靜密封而言，無論密封結構多么復雜，都存在一個關鍵密封面，任何泄漏的發(fā)生都需要通過這個關鍵密封面。然而，由于表面粗糙度的存在，兩密封面結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，提高硬密封結構的密封性能不應僅

2、僅圍繞整體結構進行優(yōu)化研究，而要針對界面泄漏的微觀通道和流動特性進行分析研究。
　　本文首先基于隨機過程理論，采用二維數字濾波技術，生成了滿足Gauss分布和指數自相關函數的數值粗糙表面。該數值粗糙表面的形貌特征則可以通過粗糙度、自相關長度兩個參數來進行調整，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，在數值粗糙表面的基礎上直接使用三維圖形軟件構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行數值計算，得到相應粗糙度和間隙高度所對應的泄漏率大小。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，并對其進行負指數函數形式的無量綱擬合。
　　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、密封材料力學特性等共同決定。為了獲得模型中的密封系數，本文采用 FEA軟件對粗糙表面微觀接觸行為進行模擬仿真分析。并且，發(fā)現密封系數與粗