流體密封的理論基礎

流體密封的理論基礎第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月2MainContent§2-1密封流體力學§2-2密封摩擦學§2-3研究課題介紹第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月3§2-1密封流體力學一.流動狀態(tài)1.層流與紊流

雷諾數就是表征流體流動特性的一個重要參數，表示的為流體流動的慣性力和粘性力之比。如果粗糙面較為粗糙，特別當密封面開槽時，在雷諾數小于臨界雷諾數500-1000時，流動很快變成紊流。對于雷諾數作如下估計：對軸徑的要求，取其上限值120mm，密度1.0㎏/m3，粘度1.86×10-5Pa·s，間隙3μm，當轉速分別為10000r/min和100000r/min時，相應的雷諾數分別為10和100。所以氣體的流動為層流，可忽略慣性力的影響。

第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月4一.流動狀態(tài)

2.分子流與粘性流由于在螺旋槽干氣密封摩擦副之間的氣體潤滑膜相當薄，只有微米級，因此在研究氣膜的流動特性時，需要判別其是否符合連續(xù)介質假設條件。為此，引入一個確定連續(xù)介質假設適用范圍的判據。此判據就是克努森準則（Knuden）。克努森準則的定義是：氣體分子平均自由程與所研究問題中物體的特征尺寸之比，即:Kn=l/h

當Kn＜0.01時，流動為粘性流；當Kn＞1時，流動為分子流；當0.01＜Kn＜1時，氣體流動處于過渡流區(qū)域

?？諝獾钠骄杂沙虨?.069μm,氣膜厚度通常為3～5μm,因而空氣在干氣密封流動為過渡流。第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月5二.流動方程1.連續(xù)性方程

穩(wěn)態(tài)2.N-S方程的一般式：直角坐標系簡化N-S方程：

第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月6二.流動方程3.直角坐標系瞬態(tài)雷諾方程

無量綱柱坐標瞬態(tài)雷諾方程

無量綱柱坐標穩(wěn)態(tài)雷諾方程第6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月7二.流動方程4.RNG湍流模型第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月8三.方程求解1.專業(yè)軟件計算法（CFD）

CFD數值模擬實質是把描述流體運動的連續(xù)介質數學模型離散為大型代數方程組，建立可以在計算機上求解的算法，從而獲得問題所需的解。主要的數值方法有：有限差分法、有限元法和邊界元法，近年來有限體積法亦成為一種被廣泛采用的數值方法。求解思路：確定流動模型：層流或湍流；選擇計算模型和確定邊界條件；建立幾何模型劃分網格；選擇求解方法；輸出結果處理與分析。第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月9三.方程求解2.C語言編程計算法

求解思路：建立流體動力學模型；建立流動數學模型（控制方程和邊界條件）；利用差分法或有限元法將偏微分方程化為線性方程組；確定編程計算流程框圖；依據流程框圖利用C語言編程計算；輸出結果處理與分析。第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月10三.方程求解3.近似解析法求解思路:建立非線性偏微分雷諾方程；應用PH線性化方法，將非線性偏微分雷諾方程轉化為線性偏微分方程；引入復函數分離變量將線性偏微分方程變?yōu)閮蓚€線性實常數微分方程組；采用小參數迭代法求解線性實常數微分方程；近似求得螺旋槽內氣體動壓分布的解析解。第10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月1111§2-2密封摩擦學一.摩擦狀態(tài)和機理第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月121212一.摩擦狀態(tài)和機理邊界摩擦狀態(tài)時摩擦力主要由固體摩擦力和邊界膜摩擦力兩部分組成；混合摩擦狀態(tài)時摩擦力由固體摩擦力、邊界膜摩擦力和流體內摩擦力三部分組成；流體摩擦狀態(tài)時摩擦力主要是流體內摩擦力。流體摩擦力<邊界摩擦力<固體摩擦力;摩擦系數有：f流<f混<f邊;磨損量有：δ流<δ混<δ邊。第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月1313

二.流體動壓潤滑理論流體動壓潤滑又叫做流體動力潤滑，它是利用流體的粘附性使流體粘附在摩擦表面，并在摩擦副做相對運動時帶入兩摩擦表面之間，當兩表面形成收斂的楔形間隙時，會產生一定的流體動壓力，從而將兩摩擦表面分隔開來，保持兩摩擦表面非接觸，達到降低摩擦阻力、減少表面磨損的目的。產生流體動壓效應的類型(1)密封面由于局部壓力及熱變形產生楔效應，從而產生流體動壓力；(2)密封面加工成各種形狀淺流槽（如矩形槽、圓弧槽、螺旋槽和人字槽等）而產生流體動壓力；(3)由對中誤差或角度誤差而產生流體動壓力；(4)由密封面的微觀表面粗糙度而產生流體動壓力。第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月14二.流體動壓潤滑理論產生流體動壓效應的密封面流槽形狀(a)矩形槽；(b)外圓弧槽；(c)內圓弧槽(d)外螺旋槽；(e)內螺旋槽；(f)人字槽第14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月15三.混合摩擦彈性流體動力潤滑理論流體修正雷諾二維控制方程

液膜的幾何模型

粘度方程

密度方程彈性接觸力模型軸向平衡力方程第15頁，課件共16頁，創(chuàng)作于