第二章-流體在密封間隙中的流動課件

密封面間隙很小（通常都是微米um級）流體密封性能————流動狀態(tài)和流動阻力有關(guān)流體在狹窄間隙中的流動分子流粘性流不可壓縮流體的粘性流動（密度的相對變化小于5%）可壓縮流體的粘性流動在研究和解決流體密封問題時，需要具備在很小密封間隙中流動流體的流體力學方面的一些知識。引言密封面間隙很?。ㄍǔ６际俏⒚譽m級）流體密封性能————1克努森數(shù)對于氣體介質(zhì)，其流動特征可以用克努森數(shù)描述：0.01粘性流體＞1分子流

（0.01，1）過渡流（自學）r——泄漏通道當量半徑，r=2A/H氣體分子的平均自由程k—波爾茲曼常數(shù)1.38*10-23J/K＜克努森數(shù)對于氣體介質(zhì)，其流動特征可以用克努森數(shù)描述：0.012一.分子流長泄漏通道中的分子流（長度與橫截面當量半徑之比L/r>100）pV流率QpvVa是氣體分子的平均速度代入得：一.分子流長泄漏通道中的分子流（長度與橫截面當量pV流率Q3幾種不同橫截面長管的分子流流率：（1）半徑為r的均勻橫截面長管（2）邊長為a和b的均勻矩形橫截面長管（3）長、短半軸分別為a、b的均勻橢圓形橫截面長管幾種不同橫截面長管的分子流流率：（1）半徑為r的均勻橫截面長4（例2-1）20℃的氮氣流過一根長為1m、半徑為0.1mm的毛細管，管子一端的壓力為30Pa，管子另一端與一高真空容器相連，求流過該毛細管的流率。（例2-1）20℃的氮氣流過一根長為1m、半徑為0.152.小孔和短泄漏通道中的分子流（1）容器器壁上的半徑為r的小孔，氣體從p1流入p2，流率可用下式計算：對于半徑為r的圓孔，流道橫截面積代入得：（2）短圓管中分子流流率2.小孔和短泄漏通道中的分子流（1）容器器壁上的半徑為r6二.不可壓縮流體的層流密封接頭的性質(zhì)取決于密封間隙中流體的流動狀態(tài)和流動阻力。粘性流體受流體內(nèi)聚力以及流體和固體表面的粘附力所控制。層流——粘性力在流動過程中起主要作用，相鄰的流線互相平行?？拷诿娴奈⑿^(qū)域由于粘附力可能會表現(xiàn)與主流不平行的流動，但很快就會被消除，整個流動保持層流。流速很大、流體粘性很小——變成紊流（不規(guī)則流動）層流紊流Re二.不可壓縮流體的層流密封接頭的性質(zhì)取決于密封間隙中流體的71.雷諾數(shù)和雷諾方程運動粘度動力粘度上式也可寫成：即雷諾數(shù)Re表示流體流動的慣性力和粘性力之比（1）雷諾數(shù)和流動狀態(tài)對于高度為h的密封間隙：1.雷諾數(shù)和雷諾方程運動粘度動力粘度上式也可寫成：即雷諾數(shù)8（2）壓力梯度、速度分布和雷諾方程從流體力學角度研究密封，必須解決兩個問題：1）流體在密封間隙中的壓力分布，由此可計算出液膜的承載能力2）流體流過密封間隙的流率，即泄漏率右圖表示層流狀態(tài)下高度為h的密封間隙在流體中取一個微元體來具體研究（2）壓力梯度、速度分布和雷諾方程從流體力學角度研究密封，9如圖所示，作用在微元體上的力在x方向上的平衡為：(1)如圖所示，作用在微元體上的力在x方向上的平衡為：(1)10由此得到x方向上局部壓力梯度與剪切力的關(guān)系為同理，在z方向上有(2)(3)由此得到x方向上局部壓力梯度與剪切力的關(guān)系為同理，在z方向上11上面兩個方程分別對流動速度u和w進行積分，并運用上面的邊界條件，則可得到密封間隙中流體流動的速度分布(4)(5)上面兩個方程分別對流動速度u和w進行積分，并運用上面的邊界條122.二維流動根據(jù)流體力學知識，不可壓縮流體必須滿足連續(xù)性條件，如右圖所示。（6）2.二維流動根據(jù)流體力學知識，不可壓縮流體必須滿足連續(xù)性條13如右圖所示，在密封間隙中取一個微元體hdxdz，則上式（6）對y積分，可寫成如下形式（7）如右圖所示，在密封間隙中取一個微元體hdxdz，則上式（6）14運用下面的計算規(guī)則：當y=h時，方程（7）中各項的積分為(8)(9)運用下面的計算規(guī)則：當y=h時，方程（7）中各項的積分為(815利用方程式（4）和式（5），則方程式（8）和（9）右邊的第一項可寫成（10）（11）利用方程式（4）和式（5），則方程式（8）和（9）右邊的第一16聯(lián)立方程式（8）~（11），則可得到密封間隙中二維流動的雷諾方程（12）聯(lián)立方程式（8）~（11），則可得到密封間隙中二維流動的雷諾17對于方程式（12），任意的密封間隙高度h(x,z)，求解偏微分方程很困難。但對于特定的問題，可以簡化求解。例如，對于一個密封間隙，其中一個密封表面是剛性的，且以速度U1=U沿著x軸方向運動，此時V1=0以及W1=0；另一個剛性密封表面靜止不動，即U2、V2、W2都為零。故式（12）可簡化為：（13）方程式（13）廣泛應用于動密封和軸承間隙中的流體流動分析對于方程式（12），任意的密封間隙高度h(x,z)，求解偏微183.一維軸對稱流動一維軸對稱流動是工程上常見的流動方式，如流體通過圓形管道的流動、閥門閥桿與填料之間環(huán)形間隙中流體的流動、活塞式壓縮機活塞環(huán)與汽缸壁間隙中氣體的流動、法蘭和墊片間環(huán)形間隙中流體的流動。（1）圓管中的流動粘度為的流體在管中層流流動。3.一維軸對稱流動一維軸對稱流動是工程上常見的流動方式，如19速度分布函數(shù)：（14）體積流率Q：（15）速度分布函數(shù)：（14）體積流率Q：（15）20（2）平行圓板中的流動如右圖所示，流動為穩(wěn)定的層流流動。由于上下表面是靜止的，故U1=U2=0，由公式（4）可直接得到流速分布(16)流體流過環(huán)狀間隙的流率為（2）平行圓板中的流動如右圖所示，流動為穩(wěn)定的層流流動。由于21積分上式可得到流率的計算公式：將（16）代入上式，分離變量得：（17）積分上式可得到流率的計算公式：將（16）代入上式，分離變量得22（3）圓環(huán)隙中的流動作往復運動的軸與密封件之間的間隙可以看作軸對稱環(huán)形間隙，如上圖。因為環(huán)隙高度沿著整個圓周方向（Z方向）是固定不變的，則（3）圓環(huán)隙中的流動作往復運動的軸與密封件之間的間隙可以看作23方程式（13）中各變量僅與x有關(guān)：將上式進行積分得：假定為處的環(huán)隙高度，則由上式可得到（18）（19）方程式（13）中各變量僅與x有關(guān)：將上式進行積分得：假定24設(shè)Q為體積流率，b為環(huán)隙的周向長度，則代入式（19）（20）壓力流運動表面引起的剪切流設(shè)Q為體積流率，b為環(huán)隙的周向長度，則代入式（19）（20）25幾種特定密封形式的泄露率方程（1）同軸圓形