新型拟合曲线槽干气密封：数值模拟与分析

"基于流线的拟合曲线槽干气密封流场的数值模拟及分析 (2013年)" 本文探讨的主题是干气密封技术，特别是针对基于流线的拟合曲线槽的设计与分析。干气密封是一种无液润滑的密封方式，常用于防止流体泄漏，如在石油化工和能源领域的旋转机械设备中。文章关注的关键点在于如何通过优化密封面的槽几何形状和参数以提高密封的可靠性和稳定性。 传统的干气密封中，螺旋线形槽被广泛研究并被认为是动压效果和密封性能较好的槽型。国内外的研究主要集中在螺旋槽干气密封的性能分析，包括使用有限元法、实验测量法以及理论计算来优化几何参数和理解气膜特性。例如，Faria、Gabriel、Zirkelback、Miller等人通过不同的方法研究了螺旋槽干气密封的气体动压分布和几何参数的优化范围，以及气膜刚度等动态特性。 尽管螺旋槽在理论上表现出色，但在实际应用中并不总是达到理想效果。因此，研究者提出了使用拟合曲线槽来替代螺旋线槽，以期望实现更好的动压效果和降低泄漏量。这种拟合曲线槽的形状是通过对槽内流体流线的分析来确定的，以反映实际压力变化。 文章首先简述了纳维-斯托克斯（N-S）方程，并针对两光滑平板间的干气密封微尺度流动场，简化了N-S方程，建立了边界条件。接着，引入了考虑微尺度效应的雷诺方程，该方程用于描述稳定状态下的流体流动情况。在无滑移边界条件下，利用迭代法求解非线性雷诺方程，得到气膜压力的近似解析表达式。 通过Maple程序求解压力方程和流线方程，研究人员构造了拟合曲线槽的三维模型。随后，利用流体动力学模拟软件Fluent对不同工况下的压力和泄漏量进行了数值模拟，这些工况通常涉及气膜厚度的变化。模拟结果与螺旋槽干气密封进行了对比，揭示了在低压低速下，两种槽型的动压效果和泄漏量差异不大；而在中压中速条件下，特定气膜厚度下，拟合曲线槽可能表现出更优的性能。 该研究旨在通过数值模拟和分析，优化干气密封的槽型设计，提高密封效率和稳定性，特别是通过流线分析开发出的新型拟合曲线槽，有望在工程实践中替代螺旋槽，以解决实际密封过程中的技术和性能挑战。