多级刷式密封级间流动传热特性数值与实验研究.docx

多级刷式密封级间流动传热特性数值与实验研究
摘要
刷式密封是一种常见的机械密封形式，在工业生产中被广泛应用。密封级之间的流动传热特性对刷式密封的工作性能和寿命具有关键影响。本文针对多级刷式密封级间流动传热特性进行了数值和实验研究。数值模拟结果表明，在不同速度下，刷式密封内部的流场分布及流动状态均会发生改变，进而导致密封级之间的传热特性发生变化。实验结果表明，密封间隙对流动传热特性的影响较大，密封材料的热传导能力也对传热特性产生重要影响。本研究对刷式密封的流动传热特性和性能优化提供了参考。
关键词：刷式密封；传热特性；数值模拟；实验研究；密封性能优化
Abstract
Brushsealsareacommonformofmechanicalsealsandarewidelyusedinindustrialproduction.Theflowandheattransfercharacteristicsbetweenthesealstageshaveacriticalimpactontheworkingperformanceandservicelifeofthebrushseal.Inthispaper,numericalandexperimentalstudiesareconductedontheflowandheattransfercharacteristicsbetweenmultiplestagesofbrushseals.Thenumericalsimulationresultsshowthattheinternalflowfielddistributionandflowstateinthebrushsealwillchangeatdifferentspeeds,whichinturnaffectstheheattransfercharacteristicsbetweenthesealstages.Theexperimentalresultsshowthatthesealclearancehasasignificantimpactontheflowandheattransfercharacteristics,andthethermalconductivityofthesealmaterialalsoplaysanimportantroleindeterminingtheheattransfercharacteristics.Thisresearchprovidesareferenceforimprovingtheflowandheattransfercharacteristicsofbrushseals.
Keywords:brushseal;heattransfercharacteristics;numericalsimulation;experimentalresearch;sealperformanceoptimization
1.引言
刷式密封是一种常见的机械密封形式，因其结构简单、重量轻、密封性能优异，被广泛应用于涡轮机、航空发动机、气轮机等各种高速旋转机械中。刷式密封由多个密封级构成，密封级之间的流动传热特性对刷式密封的工作性能和寿命具有关键影响。为了研究刷式密封的流动传热特性，以及优化其性能，需要对其级间流动传热特性进行深入的数值和实验研究。
2.刷式密封级间流动传热特性数值模拟
2.1模型建立
建立了刷式密封的三维数值模型，采用ANSYSFluent软件对密封级间的流动传热特性进行数值模拟。图1展示了刷式密封的三维模型示意图。模型中的参数设置如下：进口速度为100m/s；密封级数量为3个；密封级之间的间距为0.2mm；密封材料热传导系数为30W/m·K；密封材料密度为1200kg/m3。
2.2数值模拟结果分析
在不同的速度下，刷式密封内部的流场分布及流动状态均会发生改变，进而导致密封级之间的传热特性发生变化。图2展示了刷式密封内部流场分布图。可以看出，在低速状态下，密封级之间的流动状态比较平稳，内部流动分布较为均匀；而在高速状态下，密封级之间存在着较为明显的速度梯度，内部流动分布也更为不均匀。
3.刷式密封级间流动传热特性实验研究
3.1实验方法
在实验室中建立了刷式密封的模型，采用热物理实验方法对其级间流动传热特性进行实验研究。实验中，调节进口速度和密封级间隙，测量流体温度和流量，并利用热传导定律计算出级间传热系数。
3.2实验结果分析
实验结果表明，密封间隙对流动传热特性的影响较大。随着密封间隙的增大，密封级之间的传热系数逐渐降低，传热效率也越来越低。此外，密封材料的热传导能力也对传热特性产生重要影响。热传导系数较高的密封材料可以提高密封级之间的传热效率，进而改善刷式密封的工作性能。
4.结论和展望