【摘 要】
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刷式密封是具有优良密封性能的接触式动密封,刷丝在工作过程中与转子接触摩擦产生较高热量,热量在刷丝内部热传导使刷丝产生热应力及热变形,影响刷式密封的封严性能和使用寿命,开展刷式密封摩擦热效应研究具有重要价值与工程意义。本文从理论、数值与实验三方面开展研究。在理论方面,建立并分析刷式密封瞬态流固热耦合理论模型,研究刷式密封ALE算法理论;在数值方面,建立基于ALE算法理论的刷式密封瞬态流固热耦合数值模
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刷式密封是具有优良密封性能的接触式动密封,刷丝在工作过程中与转子接触摩擦产生较高热量,热量在刷丝内部热传导使刷丝产生热应力及热变形,影响刷式密封的封严性能和使用寿命,开展刷式密封摩擦热效应研究具有重要价值与工程意义。本文从理论、数值与实验三方面开展研究。在理论方面,建立并分析刷式密封瞬态流固热耦合理论模型,研究刷式密封ALE算法理论;在数值方面,建立基于ALE算法理论的刷式密封瞬态流固热耦合数值模型,在验证模型准确性的基础上,开展刷式密封摩擦热效应研究,并揭示其封严机理以及摩擦热传递机理;在实验方面,设计搭建刷式密封摩擦热效应实验装置,可视化实验研究温度热成像以及温度变化,基于摩擦热效应实验结果开展了刷丝与转子涂层材料匹配性的评价研究。研究表明本文建立的瞬态流固热耦合模型考虑了流场、刷丝及摩擦热三者间相互耦合作用,泄漏量计算值与实验值的对比误差为6.92%～9.01%,准确性较高;同一压比下刷丝束温度从上游至下游逐渐增加,刷丝束最高温度随压比的增加而增大;刷丝间隙的节流效应致使气流能量耗散是刷式密封封严的主要原因,泄漏气流与刷丝表面间的对流换热是刷式密封摩擦热耗散的主要形式;刷丝束最高温度随着后挡板长度减小而逐渐降低;最高温度随刷丝束厚度、干涉量、转速的增大而逐渐增大;刷丝束应力最大值出现在刷丝固定端,接触变形最大值出现在中排刷丝尖端,最大温度值出现在刷丝自由端;刷式密封最高温度随着刷丝安装角的增大而降低;在本文研究工况下,刷丝材料为钴基时,选择涂层材料为WC具有更高匹配性;刷丝材料为镍基时,选择涂层材料为Zr2O3具有更高匹配性。
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