125_HyperMesh在螺旋密封设计中的应用_张盟

Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 1 - HyperMesh在螺旋密封 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的应用 张盟 王晓放 徐胜利 （大连理工大学、大连、116023） 摘要:本文采用 CFD方法研究了密封槽道螺旋角对螺旋密封结构性能的影响。采用 HyperMesh 软件的网格 morphing功能对密封槽道网格进行变形，得到了不同螺旋角对应的计算网格。分 析结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明该软件能够快捷的改变网格块的形状，减少网格划分的工作量，提高造型设计的效 率。对不同螺旋角的密封结构进行性能计算，得到了一个最优的槽道螺旋角。关键词: HyperMesh 网格变形 密封结构 CFD 模拟 0概述 在旋转机械设计中，为保证安全稳定运行，旋转部件与静止部件需要保证足够的间隙，如： 叶轮入口轮盖、级间、轴端等部位，都需要密封装置。本文介绍的螺旋密封结构主要应用于控 制上述间隙内的介质泄漏。通过研究槽道螺旋角度对旋转密封结构性能的影响，合理设计密封 槽道的螺旋角度，有效控制不可压缩流体的泄漏，保证在高雷诺数的工质条件下螺旋密封稳定 运行。 密封结构广泛应用在化工、能源等重要工业部门的机械设备中，密封的效果对设备的效率 和安全稳定运行起到了关键作用。如果密封效果不好，不仅泄漏量加大引起设备的经济性下降， 而密封激振力还将引起转子的强烈振动，由此引发的意外事故会造成巨大的经济损失、环境破 坏等后果。因此，人们越来越认识到密封结构性能与系统装置的安全性、可靠性、经济性息息 相关。 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 2 - 1模型的建立 图 1 直槽密封模型 现选择螺旋密封间隙流道的流体区域进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。模型运用商用软件 Fluent 进行计算模拟， 设置 4个边界面，进口面选择流量进口条件，以控制密封间隙内介质的雷诺数；出口面选择压 力出口条件；介质的外壁面设置静止壁面条件；流体的内壁面设置旋转壁面条件。采用 模 型计算。图 1所示 0度密封模型，也是普通的直槽密封。 1.1 网格划分 本文采用 fluent前处理软件 gambit进行网格划分。结点数和单元数见表 1。 表 1密封流道的网格信息 结点数 单元数 1272771 1605406 1.2模拟工况 本文分别计算了雷诺数为 90000、130000、160000、200000、245000，转速为 1000rpm、 2000rpm、3000rpm、4000rpm时，0度、35度、45度、50度螺旋密封结构内的流体流动状 态。 1.3不同螺旋角计算网格生成方法 密封槽道螺旋角为90度的模型是一种极端情况， 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中不会采用这种密封结构，因为该密 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 3 - 封的流动阻力小，不可压缩流体在密封中的停留时间短，并且能量耗散不够充分。密封槽道螺 旋角为90度的模型网格可以作为基本网格，采用Hypermesh中的网格变形功能，能够快速的得 到任意螺旋角度对应的计算模型网格。如图2螺旋角度为90度时的网格图。 图2. 90度螺旋槽道密封模型 选定整体网格为变形区域,通过HyperMesh旋转螺旋密封的出口边界面，形成不同螺旋 角度的螺旋密封模型，如图3所示，出口边界面旋转60度，形成螺旋角为44度的密封模型。 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 4 - 图3. 出口边界面旋转60度螺旋密封模型 因此，应用HyperMesh中的网格变形功能，旋转出口边界能够快捷的生成任意螺旋角度下 的密封结构网格模型，提高了网格划分的效率。 2计算结果 根据经验，本文研究的密封槽道螺旋角在30～60度时，流动阻力特性系数最高。本文对 HyperMesh得到的不同密封结构模型进行模拟计算，分别计算了雷诺数为90000、130000、 160000、200000、245000，转速为1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm时，0度、35 度、45度、50度螺旋密封结构内的流体流动状态。流动摩擦系数是表征流动阻力的最重要参数， 这里采用流动摩擦系数评价槽道螺旋角对密封性能的影响。 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 5 - 图4. 1000rpm转速下，雷诺数对不同螺旋角密封摩擦系数的影响 在1000rpm工况下，密封模型在不同螺旋角度下的摩擦系数随雷诺数增大而减小，直槽密 封摩擦系数远大于螺旋密封。因此，在1000rpm工况下，螺旋密封的流阻特性较差，但45度螺 旋密封的流阻特性优于30度和50度螺旋密封，如图4所示。 在2000rpm工况下，由于转子转速的提高，不同螺旋角度密封模型的摩擦系数增大。在雷 诺数为90000的工况下，直槽密封摩擦系数小于45度螺旋密封。因此，增大转子转速有益于提 高螺旋密封的流阻特性，同时，45度螺旋密封的流阻特性也优于30度和50度螺旋密封，如图5 所示。 在4000rpm工况下，与直槽螺旋密封结构相比，螺旋密封模型的摩擦系数增大幅度明显。 在低雷诺数工况下，45度螺旋密封的摩擦系数大，流阻特性明显优于直槽密封。因此，随着转 子转速的增加螺旋密封的摩擦系数增大，螺旋密封的流阻特性的优势越明显，如图6所示。 0.005 0.007 0.009 0.011 0.013 0.015 0.017 0.019 0.021 0.023 90000 130000 160000 200000 245000 Fr ic ti o n F ac to r Reynolds Number Influence of helical angle on friction factor 0 35 45 50 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 6 - 图5. 2000rpm转速下，雷诺数对不同螺旋角密封摩擦系数的影响 螺旋角和转速与摩擦系数的关系如图7所示，45度螺旋密封的摩擦系数大于35度和50度螺 旋密封以及直槽密封，并且在4000rpm处为极大值，因此，45度螺旋密封有更好的流阻特性， 为模拟结果中的最优设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 图6. 4000rpm转速下，雷诺数对不同螺旋角密封摩擦系数的影响 0.005 0.007 0.009 0.011 0.013 0.015 0.017 0.019 0.021 0.023 0.025 90000 130000 160000 200000 245000 Fr ic ti o n F ac to r Reynolds Number Influence of helical angle on friction factor 0 35 45 50 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 90000 130000 160000 200000 245000 Fr ic ti o n F ac to r Reynolds Number Influence of helical angle on friction factor 0 35 45 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 7 - 图 7.转速对不同螺旋角密封摩擦系数的影响 3结论 通过 HyperMesh 中的网格变形功能快速生成了不同螺旋角密封结构的网格，避免了繁琐 的网格划分过程，显著提高了复杂槽道结构网格生成的的效率。 不同螺旋角密封模型计算结果表明，在相同转速下，不可压缩流体螺旋密封摩擦系数随雷 诺数的增大而减小。摩擦系数随旋转部件转速的增大而增大。对于高雷诺数不可压缩流体，摩 擦系数随雷诺数的变化幅度较小，受转速影响较小。 45度螺旋角密封的摩擦系数比 35度、50度螺旋密封大，流阻特性较好，在低雷诺数，高 转速工况下，流动阻力高于直通齿密封。 4参考文献 [1] HyperMesh Core Tutorials, Morphing, HM-3510. [2]Childs, D. W., Nelson, C , Noyes, T., and Dressman, J., 1982, "A High-Reynolds-Number Seal Test Facility: Facility Description and Preliminary Test Data," NASA CP 2250, Rotordynamic Instability Problems in High Performance Turbomachinery-1982, Proceedings of a Workshop held at Texas A&M University, 10-12 May, pp. 172-186. [3]Childs, D. W., Nelson, C. C , Nicks, C , Scharrer, J., Elrod, D., and Hale, K., 1986, "Theory Versus Experiment for the Rotordynamic Coefficients of Annular Gas Seals: Part 1-Test 1000 3000 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0 35 45 50 Rotate speed Fr ic ti o n f ac to r Helical angle Influence of rotate speed and helical angle on friction factor 0.03-0.04 0.02-0.03 0.01-0.02 0-0.01 Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集 - 8 - Facility and Apparatus," ASME JOURNAI, OF LUBRICATION TECHNOLOGY, Vol. 108, July, pp. 426-432. [4]Childs, D. W., Nolan, S., and Nunez, D., 1988, "Clearance Effects on Leakage and Rotor-dynamic Coefficients of Smooth, Liquid Annular Seals," Proceedings IMechE Fourth International Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Edinburg, Scotland, Sept. HyperMesh Application in the Design of the Helically Groove Seal Abstract : Applying the software of HyperMesh, the efficiency of mesh generation was improved in the process of the helically groove seal design. The design process was analysed to introduce the application method and function of HyperMesh. The mesh was morphed efficiently, and the time of mesh generation was saved. The friction factor of four models were predicted to analyse the flow resistance characteristic of the helically groove seal.