热弹变形下螺旋槽干气密封泄漏量的计算与分析

螺旋槽干气密封在高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响.在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,推导出气膜的能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Maple和Matlab软件求解槽内气膜的温度分布.然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式.利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较.研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,有变形量的泄漏量更接近于实验值.     

螺旋槽结构对SCO2压气机轴端干气密封性能影响的数值研究

针对450MWe超临界二氧化碳(SCO₂)压气机设计的轴端螺旋槽干气密封结构,采用数值求解三维雷诺时均Navier-Stokes(RANS)和SST湍流模型的方法研究了螺旋槽深度和角度对其性能的影响。基于与实验测量的空气介质的螺旋槽干气密封性能实验数据的对比,验证了数值方法的准确性。计算了5种螺旋槽深度和4种螺旋角下SCO₂螺旋槽干气密封的泄漏量、开启力和开漏比。结果表明:螺旋槽深度的增加会显著提升干气密封螺旋槽根部的最高压力和高压力区域,进而导致具有更高的开启力,同时增加了泄漏量。螺旋角为20°时,螺旋槽深度从3μm增加至7μm,开启力最大增加9.07%;螺旋角为25°时,泄漏量最大增加18.67%;螺旋角为15°时,螺旋槽深度是3μm的干气密封具有最大的开漏比,此时干气密封在各螺旋槽深度下具有最好的综合性能。研究工作可为SCO₂螺旋槽干气密封性能分析提供参考。     

基于二阶滑移边界的螺旋槽干气密封协调优化

应用二阶非线性滑移边界条件推导出修正的广义雷诺方程,并用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解,得到气膜推力和气膜刚度的近似解析式。利用多目标优化方法构建气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,对该目标函数进行近似求解,获得最佳的螺旋槽几何参数值。利用Maple程序计算不同介质压力和转速下的气膜刚度、泄漏量并与试验值进行对比。结果表明,几何参数优化的干气密封样机测试结果与理论计算结果误差较小,运用二阶非线性滑移边界条件计算出的理论值具有较好的精度。     

气体热黏效应对干气密封性能影响的数值分析

基于气体多变过程理论和气体润滑理论,通过对雷诺方程的多变指数进行修正,建立了分析螺旋槽干气密封热黏效应的数学模型.采用有限元法对黏度对于干气密封性能的影响进行数值分析.结果表明：多变指数和黏度越大、压力和温度越高,则干气密封的端面气膜承载能力越强;在高速或中、高压工况下,需考虑气体热黏效应对干气密封性能的影响;当端面平均气膜厚度大于2 μm时,气体热黏效应对干气密封性能参数与气膜厚度关系的影响可以忽略不计.
     

螺旋槽干气密封润滑气膜角向涡动的稳定性分析

螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽形参数密切相关,优化槽形参数一直是该领域研究的热点。应用PH线性化方法及变分运算干气密封螺旋槽内瞬态微尺度流动场的非线性雷诺方程,得到了气膜角向涡动刚度的解析式。继而利用复数转换和迭代法对稳态下气膜边值问题进行求解,求得了气膜涡动刚度的近似解析解。通过动态稳定性分析,获得了不同介质粘度、压力和转速下稳定性最佳的螺旋角数值。研究结果表明：随介质压力和转速增大,气膜涡动刚度越大,稳定性越好。     

干气密封三种不同槽型线端面流场数值模拟

应用Gambit软件建立三维螺旋槽、圆弧槽、直线槽干气密封模型,运用Fluent软件对此三种不同槽型线干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布,速度分布.分别对每一种槽型线进行优化,将优化后的三种槽型的压力与泄漏量进行比较.结果表明:在干气密封动环或静环密封面上精加工的浅槽能够产生动压效应;螺旋槽产生的动压效应最强,其次是圆弧槽,直线槽最弱;螺旋槽的密封性能最好,圆弧槽次之,直线槽最差.     

基于CFD的螺旋槽干气密封端面开孔流场的分析

为了测量静环端面安装传感器开孔对流场气膜压力的影响因子,应用Solidworks软件建立三维螺旋槽干气密封端面气膜模型,包括在动环槽底根径相对的静环端面开孔和不开孔的2种模型建模.在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场2种模型以层流模式分别进行数值模拟,得到2种模型的泄漏量,且与试验值...     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要。针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响。研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度。     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理 ,分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程。用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布、开启力及上游泵送量等。计算结果表明 ,螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面 ,该密封具有明显的流体动压效应 ,低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好 ,理论上能实现零泄漏     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要.针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响.研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度.     

量子理想气体热力学性质的普遍性讨论

本文讨论由能谱关系为ε=αp~δ的粒子组成的n维理想气体的热力学性质,并引入广义积分Ⅰ(z,ξ;a),将非相对论性和极端相对论性的玻耳兹曼气体、费米气体和玻色气体的性质进行统一的论证分析。     

注气速度对空气泡沫防气窜性能影响的实验研究

通过岩心渗流物模实验,采用气液同注方式,对不同注气速度条件下空气泡沫防气窜能力进行了实验研究。实验测量了岩心两端注入压差随注气速度增长的变化值,对比了含聚泡沫和无聚泡沫防气窜能力,得出在注气速度一定的情况下,含聚泡沫的注入压差明显高于无聚泡沫,且含聚泡沫能在更高的注气速度条件下防气窜,并且界定了气窜发生的临界注气速度。     

阜新王营井田浅成气的成藏与岩浆活动

王营井田是产气率较低，裂隙又很不发育的长焰煤井田，但该井田却很有成为很具有开发价值的煤成气田。本文从该井田的地质特征－成煤期后有剧烈的岩浆活动这一现象出发，依据井下瓦斯突出及矿井抽放瓦斯的实际资料，同时运用煤成气的生成、储藏、运移理论，科学分析了该井田能产出大量煤成气的原因－即岩墙、岩床不但提高了长焰煤的产气率，而且也造就了煤成气的储运场所和运移通道。从而得出了岩浆活动是促成浅产质煤能成为可资开发的煤成气田的重要因素这一结论。     

浅谈煤层瓦斯生成和聚集的规律

介绍了煤层变质演化的因素,论述了煤层生烃时间及生烃量,探讨了煤层瓦斯聚集的一般规律。     

煤层瓦斯含量及煤与瓦斯突出机理探讨

本文以实验为基础,研究了气体的吸附性和瓦斯含量间的关系,煤质和瓦斯含量间的关系,煤的孔隙率和瓦斯含量间的关系,以及突出煤层和非突出煤层瓦斯含量间的差别,并在此基础上探讨了煤和瓦斯突出机理.     

泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力定量表征—以伊通盆地双阳组为例*

由于页岩气在泥页岩储层中以多种方式赋存,在开展页岩气资源评价时,需定量表征泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力。基于泥页岩等温吸附试验,评价不同丰度、不同成熟度泥页岩的吸附气能力;并通过温、压校正转换至任一温度、任一压力下泥页岩的吸附气能力。借助Vasquez-Beggs模型,评价地质条件下油溶气能力,分析页岩气中不同赋存状态下页岩气含量的比例关系,推算出游离气量。研究表明,在压力达到一定后,泥页岩最大吸附能力主要受到有机质含量的制约;而油溶气量除了受到温、压和原油数量的影响外,气在原油中的溶解度同样至关重要。从伊通盆地评价结果来看,双阳组页岩气最多可达到5 703.74亿m3,其中主要吸附态赋存于泥页岩储层中,其次为游离态页岩气,油溶气量较少,仅为165.54亿m3。     

综采工作面瓦斯治理分析

分析了综采工作面瓦斯涌出的特征和在各种通风系统下瓦斯涌出情况，提出了改进工作面通风系统和瓦斯抽放两种综采工作面瓦斯治理技术方案。     

页岩气藏游离气量和解吸气量计算方法研究

页岩气藏中天然气赋存形式不仅包括游离形式,还有吸附形式。对于页岩气藏,准确识别气藏中两种气体状态的相对多少,对认识气藏开发动态具有重要意义。常规岩心实验认识气藏赋存特征不仅成本较高,而且操作繁琐,误差难以控制。为此,根据物质平衡原理,分别建立了页岩单纯介质定容气藏、页岩单纯介质封闭气藏和页岩双重介质封闭气藏的物质平衡方程,并结合页岩气藏的生产特点,提出了页岩气藏游离气量和解吸气量的计算方法,最后进行了计算实例分析。该方法避免了模拟实验的繁琐和误差,简单实用,是页岩气藏动态分析的有效手段。     

成贵铁路有害气体地质特征及分布规律研究

成都至贵阳高速铁路途经三个地貌单元,工程地质问题极为突出,线路工程所经区域有害气体不良地质极发育,主要类型为气田气、煤层气两大类,分布范围广泛,受其影响全线不同区段共有117座瓦斯隧道,为铁路建设史上之最。有害气体严重威胁着铁路工程的施工及运营安全,因此研究成贵铁路不同类型有害气体的地质特征及分布规律,对有害气体的防治具有重要意义。根据对铁路沿线区域地貌单元、大地构造背景、地层特性、储气构造、有害气体类型的地质分析,结合综合勘探、气体测试等验证,总结出成贵铁路工程有害气体发育的地质特征;基本查明气田气、煤层气的分布范围及分区规律,划分了隧道瓦斯等级,可供类似工程建设借鉴。     

天然气运移理论对我国天然气地质学建立的重要贡献

近 2 0年来 ,天然气运移理论研究对我国天然气地质学发展的贡献可概括为①为多源、多阶段和多运移相态天然气成藏理论的建立提供了重要依据 ;②进一步阐述了天然气成藏过程 ,指出天然气运移地质条件是盆地、热作用和成烃演化成藏三大地质要素的有机结合 ,是促进天然气聚集成藏的关键 ;③建立了天然气动态成藏、多期成藏和晚期成藏理论 ;④建立了符合中国地质特点的天然气调查研究系列的重要依据 ;⑤根据天然气运移理论 ,总结了中国大中型气田成藏条件 ,明确了中国大中型气田的勘探方向