柱面螺旋槽干气密封微尺度流场数值模拟

针对极端工况下的流体机械动密封问题,提出了新型的柱面螺旋槽干气密封.基于柱面微间隙气膜的结构特性,首先用Solidworks建模软件和Workbench的DM模块联合建立了柱面螺旋槽微尺度气膜模型,其次用专业网格划分软件ICEM CFD独有的block映射技术划分高质量的计算域网格,最后通过CFD流场仿真软件Fluent对微间隙的三维流场进行数值模拟计算,并通过改变工况操作参数,得到相应的泄漏量和浮升力.计算结果表明:在偏心率为0.5时,随着转子的转动,气膜压力升高0.218 MPa,气膜最薄区域的槽根部为压力最大值;流速在气膜最厚区域出现最大值,整体流速与压力呈现反比例分布;对比分析无偏心结构气膜模型,发现没有压力升高现象;浮升力和泄漏量都随转速和压差的增大而增大,对比发现压差对浮升力和泄漏量的影响更大.     

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。     

三角形表面织构对机械密封端面动压性能的影响

为了研究三角形织构对机械密封端面动压性能的影响,建立均匀分布的等腰三角形微孔的密封端面理论模型,利用有限差分法对流体动压润滑方程进行求解,获得了密封端面无量纲压力分布,并考察了三角形微孔的面积率、方向角度以及形状角度对无量纲平均压力Pav的影响。结果表明:密封端面无量纲平均压力随着面积率增大先增大后减小;三角形方向角度为90°时平均无量纲压力取得最大值且在该位置随着形状角度的增大而增大。     

泵出式圆弧槽无泄漏液体端面密封研究

研究了在泵出式液体端面密封面上用开圆弧槽的方法解决泵的密封问题.用有限单元法对圆弧槽密封面的压力分布进行了计算,并以液膜刚度比较大时的零泄漏为标准,对圆弧槽密封面进行了优化计算,得出了一系列优化结构参数.同时,按优化参数设计出泵出式圆弧槽液体端面密封,并对其进行了性能实验.结果表明,它的摩擦性能、密封效果和磨损性能均较好.     

螺旋槽干气密封润滑气膜阻尼系数的计算及分析

螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽型参数息息相关,为优化槽型参数建立气膜轴向和角向阻尼系数的计算模型,利用Maple程序求解阻尼系数的近似表达武,通过动态稳定性分析,获得不同介质压力和转速下的槽型参数.分析结果表明:随着介质压力和转速的增大,气膜阻尼系数增大,得到稳定性最佳的螺旋角数值,且与实验数据基本一致,说明...     

现场存储SBS改性沥青的性能提升方法研究

针对SBS改性沥青在现场存储过程中的循环加热产生的性能衰减问题,结合室内试验,模拟存储过程中的四种典型工况,研究SBS改性沥青的针入度、软化点、延度、布氏旋转黏度和离析指标的衰减规律.同时,以外掺高掺量SBS改性沥青和外掺自主研发的RE高黏改性剂作为性能提升方法,研究最不利工况下两种性能提升方法对SBS改性沥青性能的恢复效果.试验结果表明,循环加热次数越多,不同循环加热存储工况之间的温度越高、时间越长,针入度、软化点、延度、布氏旋转黏度降低幅度越大,离析增加越明显;其中,延度、软化点和离析影响程度最为严重.在最不利工况下,外掺高掺量SBS改性沥青的恢复效果不理想;外掺RE高黏改性剂对老化SBS改性沥青的性能提升效果较为明显,延度、软化点和离析的变化幅度较大.当高黏改性剂的掺量达到5%时,老化SBS改性沥青延度、软化点和离析均已经达到了养护工程对SBS改性沥青的要求.     

基于流线的拟合曲线槽干气密封流场的数值模拟及分析

推导两光滑平板间干气密封微尺度流动场的非线性雷诺方程,应用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解,得到气膜压力的近似解析式,利用极坐标下的流线方程,通过Maple程序求解压力方程和流线方程得到符合条件的拟合曲线.建立拟合曲线槽干气密封的三维立体模型,运用Fluent软件对拟合曲线槽干气密封在气膜厚度为3～5μm时3种工况下的压力和泄漏量进行数值模拟和分析,并与螺旋槽进行比较.研究结果表明:在低压低速下,拟合曲线槽和螺旋槽的动压效果都不明显,且泄漏量相差不大;在中压中速下,气膜厚度δ=3μm、δ=4μm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好,但两种槽的泄漏量相差不大;在高压高速下,气膜厚度δ=3μm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好,并且泄漏量比螺旋槽小.     

矢跨比对雪荷载作用下双层柱面网壳静力性能的影响

以方形平面、正放四角锥双层柱面网壳为例,系统考察了不同矢跨比网壳模型的杆件轴力、节点竖向位移、支座侧向反力、支座侧向位移等静力响应,并在此基础上总结出矢跨比对各静力响应的影响规律.分析结果表明,矢跨比较小时,积雪均匀分布情况下雪荷载取值更大,屋面结构的竖向位移较大;矢跨比较大时,积雪不均匀分布情况下雪荷载取值更大,支座水平推力和侧移较大;同时,为双层柱面网壳的选型与设计提供了参考依据.     

展览厅双层柱面网壳结构的设计与性能研究

以展览厅双层柱面网壳结构设计为工程背景,对双层柱面网壳的结构选型进行了详细论述研究了跨度、矢跨比对总造价的影响,并对计算方法、温度应力和支座水平推力的处理进行了探讨,分析了双层柱面网壳的受力特性与支承结构刚度的相互关系,得出了一些有益的结论和建议。     

脉冲电场对取向硅钢磁性能及织构的影响

采用硅钢自动测量装置及X射线衍射仪检测出样品在实验前后的磁性能参数和织构强度.结果表明:较低的电压、9 Hz、较长的处理时间以及退火温度为650℃有利于增高铁损降低比例;较低的电压、较高的频率以及退火温度为650℃有利于增加磁感应强度增高比例.最佳的提高磁性能的实验参数是:频率为9 Hz,电压为500 V,处理时间为6 min,退火温度为650℃.通过织构分析可以验证:取向硅钢磁感应强度的变化取决于{110}<001>晶粒取向度值,而{110}<001>取向度值可看成是一个反映总体平均偏离角大小情况的综合值.     

两种不同槽形干气密封的性能研究

采用商业计算流体力学软件FLUENT6．2对两种不同槽形机械密封进行三维数值模拟,比较了气体端面密封的压力分布、不同膜厚下的开启力以及不同操作压力下的泄漏量。通过对比得出T型槽也能产生较好的流体动压效果,并且能双向旋转,根据不同的使用场合可以选择其适合的槽型,对工程实际具有指导意义。     

槽缝射流对环形叶栅端壁气膜冷却性能影响的实验研究

为了研究槽缝射流对环形叶栅端壁气膜冷却性能的影响,建立了考虑槽缝射流的环形叶栅端壁气膜冷却实验平台。在不同质量流量比条件下,利用红外测温技术研究了槽缝结构形式(均匀槽缝、收缩槽缝)对不同射流角下端壁气膜冷却效果的影响。结果表明:提高槽缝射流的质量流量比,可增强对叶栅端壁的气膜冷却效果。与原始均匀槽缝相比,收缩槽缝由于提高了槽缝射流出口的动量,能够显著提高不同射流角下的端壁气膜冷却性能,且明显扩展了气膜覆盖范围。与45°射流角相比,90°射流角时由于前缘涡系增强,槽缝射流所产生的端壁气膜冷却效果有所减弱。90°射流角时,采用收缩槽缝所带来的气膜冷却性能提升比45°射流角时更显著。     

超纯铁素体不锈钢的组织、织构及深拉伸性能

重点研究了冷轧压下率对冷轧、再结晶织构的影响.结果表明:当终轧温度为750℃时,热轧带退火后以{111}再结晶织构为主.随着冷轧压下量的增加,γ织构减弱,α织构增强,{111}再结晶织构明显增强.当冷轧压下率为84%时,{111}再结晶组分的体积分数达到64.5%,退火板的平均塑性应变比(-R)高达1.69,平面各向异性(ΔR)仅为-0.17,深拉伸性能优良.     

铁素体区轧制工艺对IF钢织构及深冲性能的影响

研究了不同铁素体区热轧压下量和终轧温度下一种Ti-IF钢的冷轧和退火后性能和织构的特点.结果表明,较低的铁素体轧制温度和较高的铁素体区压下量时,IF钢具有更高的深冲性能、相对较高的强度、延伸率以及织构强度.IF钢的冷轧织构类型为典型的部分〈110〉∥RD纤维和〈111〉∥ND纤维;再结晶退火后,〈110〉∥RD纤维织构强度明显降低,转变为〈111〉∥ND再结晶纤维织构,因此〈111〉∥ND织构强度大幅度增加.其中终轧温度为750℃,热轧压下率为80%的试样的〈111〉∥ND再结晶纤维织构的强度最高.     

轴向轮缘密封导流段几何结构对涡轮级气动冷却特性影响的数值研究

以轴向轮缘密封为研究对象,在传统直缝密封间隙结构的基础上,通过改变轴向外齿间隙区域的几何型线,设计了双曲线、椭圆及圆型密封导流段结构,数值求解了三维RANS方程组和SST湍流模型,并且系统深入研究了这4种不同导流段几何结构下轮缘密封射流对涡轮级的气动性能,以及对下游动叶端壁冷却性能的影响规律。研究结果表明:所设计圆型、椭圆型以及双曲型导流段结构均可提高涡轮级整体气动性能;圆型密封导流段结构具有最佳的气动性能以及端壁气膜冷却效果。相比于直缝型导流段结构,采用圆型导流段结构在相同的冷气流量下,涡轮级效率可提高约0.23%;在动叶前缘轮缘密封射流所覆盖的冷却区域,采用圆型导流段结构时冷却效率可提高约20%。     

织构对称性对润滑减磨性能影响的仿真和实验研究

基于雷诺方程建立单一织构动压理论模型,通过对理论模型求解研究织构对称特性对动压润滑性能的影响差异.此外,开展压裂泵柱塞密封副销、盘单元摩擦学实验,对比单元摩擦学实验结果讨论织构对称特性的影响.数值计算结果表明,不同对称特性下,动压润滑性能与织构最长边长和速度的夹角关系及速度的方向有关.摩擦实验结果表明,基于捕获磨屑、补充润滑介质的作用机理,不同织构对称特性条件下,均表现为织构垂直速度方向边长越长、织构表面的摩擦磨损性能越好.     

间隙结构对轮缘密封封严性能及透平级气动性能影响的数值研究

采用数值求解三维RANS方程和SST湍流模型的方法,研究了间隙结构对轮缘密封封严性能以及封严射流对透平级气动性能的影响。首先,分别对Aachen的一级半透平以及实验测得的轴向轮缘密封结构进行了数值计算,验证了所用数值方法在透平级气动性能以及密封封严性能方面计算的有效性。在此基础上,分析对比了5种封严射流流量下出口面积相同的直缝间隙、倾斜间隙,以及在倾斜间隙基础上改型得到的渐缩、渐扩间隙等4种密封结构的封严性能和封严射流对透平级气动性能的影响。结果表明,轮缘密封间隙结构会影响到间隙射流,进而导致不同间隙结构下透平级总压损失不同。与直缝间隙相比,倾斜间隙可以有效减小封严射流造成的总压损失,同时具有较高的封严性能;渐缩、渐扩间隙的封严性能与倾斜间隙相近,其中渐扩间隙可以更为有效地减小封严射流造成的气动损失。     

考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶气动和冷却性能研究

为了深入研究压气机抽取的脉动冷气影响燃气涡轮动叶凹槽状叶顶的流动与冷却特性,采用数值求解三维非稳态雷诺时均N-S方程和标准k-ω湍流模型的方法,研究了考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶的气动和冷却性能。采用正弦函数描述动叶凹槽状叶顶中弧线等间距布置气膜冷却孔的冷气脉动特性,对比研究了3种脉动振幅和5种脉动频率的动叶凹槽状叶顶气膜冷却有效度和总压损失系数。研究结果表明：在一个脉动周期内,不同瞬时冷气的穿透能力和附着能力差异显著。气膜冷却冷气吹风比小幅值脉动时,脉动频率的提高改变了叶顶气膜冷却有效度变化曲线的相位,但对整体的冷却效果基本没有影响;冷气吹风比大幅值脉动时,脉动频率的增大略微提高了叶顶冷却性能,并且当脉动频率增大至最大值2 000 Hz时,受到延迟反馈效应的影响,脉动周期内气膜冷却有效度的最低值相比250 Hz时提高约50%。高温主流在冷气吹风比大幅值脉动时周期性入侵冷气管路,对叶顶中间弦长和尾缘处的气膜孔结构造成破环。气膜冷却冷气吹风比低频脉动时,动叶平均总压损失系数以正弦函数规律变化,不同瞬时的总压损失系数差异随冷气吹风比脉动幅值的增大而扩大,同时当脉动频率增加时,不...     

蜂窝叶顶密封对透平级气动性能的影响研究

采用数值计算方法研究了蜂窝叶顶密封的几何尺寸对汽轮机高压缸两级内气动性能的影响,分析了蜂窝密封的几何参数,包括密封间隙、蜂窝孔深、蜂窝孔径对透平级气动性能的影响规律。研究结果表明:随着蜂窝密封间隙的增大,动叶下游静叶内二次流损失增加,透平级内总总等熵效率下降,密封内泄漏量近似线性增加;随着蜂窝孔深的增大,总总等熵效率先增大后基本趋于定值,泄漏量则随孔深的增大先减小然后趋于定值;蜂窝孔径对透平级气动性能的影响主要取决于孔内和密封出口的泄漏流场结构,随着蜂窝孔径的增大,总总等熵效率逐渐增大,泄漏量逐渐减小;蜂窝密封间隙的变化对主流流场的影响显著,蜂窝孔径的变化对主流流场的影响次之,而蜂窝孔深对主流流场的影响较弱。