磁性流体密封聚焦结构的边界元分析

技术开发 ． 露 ．。渊 ∥ ， 磁 性 流 体 密 封 聚 焦 结 构 的 边 界 元 分 析 THE BEIVl A-N ．4JLY~JS o F GATH ERIN G S1 UCTUR E O F FERRoF]LUID S ALING D ；一 卜 童垡才 董目君 朱 靛 — 一 一 The magnetic fluid distfibutiott of fec~fluid se ing of蜊 h ng s玎uctu坨 and the sealing captcity in a ddinit~e 、DIun 砒 ca]c叫atcd At 【a醴 ． the sealin8 capacity to the 。 ⅡH c％ Ung capacttty was compwed Itist'ouad OUt．that the thao~ icat value in g∞ d 鹄 瞄 蛳 c Lh the p H啪 ta】valLIe 本文采用边界元法计算了碓性藏体密封聚焦结构妊的碓辐分布．然后计 算 出碓性诡倬在一定体积下的密封耐压堑力，井冉理论上的耐压值与实验耐 压值进行 了比较。结果发现，理论值与宴验值相当嘲音． 1 前言 磁性豌体为具有超顺磁性 可流动的胶 体．其 独 特的性质使之在许多应用领域具有不可替代 的应 用 价值 磁性梳体用于机械 动密封 具有军泄 漏．无摩 擦 无功耗、性能稳定 密封 无方 向性、密封 结 构 简 单、可靠 允许 较大的钳造公差等显著优点．磁性 漉 体用于机槭动密封尤 其是化学 工业 医药工 业。向 人们显示 ，广阔前景．本文就磁性流体机械动 密封 结构从理论和实验上进 行了边界元分析。 2 磁性流体密封原理囊结构 磁性流体本身没有磁性，井磁场 作 用下显 示超 额磁性。磁性墩粉不会 因重力 ，磁场 力，高速 离心力 为 工艺 操作 条 件 3 结语 (1)小 试及工业化生产结果均 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，采 用气 相吸 附工艺生产汞触媒，安全 可靠 稳定 产品质量好， 一 次合格品率高，为工业 L生产汞 触媒探索到 一条 新 的工艺路线 ∞ 10 1 不锈钢钳造 气相 吸附器，经这 几 年的工业生产交歧 证 明，无任何 肉服可观 察到 的 腐蚀现象。且其各项性 能指 标均能很好 的满足本工 艺的技术要求． 在环保方面 ，由于本方法避免 了传 统方法工 艺过程中的对湿的汞 触媒的干燥工序 ，且从 本方法 的整个工艺过程来看，仅在最 后对汞 触蝶产 品的筛 分包装过程中产生吉有 粉尘汞 触媒 的废 气，其 所产 生的废气量和舍尘量与传统方法在筛分包装 工序所 产生的废气量和舍尘量相差不太 故本方法 与传统 方法柏 比，能火大 的降蛙汞污染。本方法 工艺过程 中所产生的废气，经旋蝇障尘 净化塔净化至符台环 保要求后，排空。所樽到的全部 不合 格越 度的汞 触 蝶或粉状汞触蝶送冶炼厂回收汞，不排放 (4】在能耗方面，虽然本方 法较传 统方 法而言 ． 增加 了在 300℃ 的高温下 的气 相吸附工 序 但 却减 掉了对水份古 量高选 5o％ 左右 的温 的秉 触媒 的气 流干燥工序等．通过对约 1年时何内的工 业生 产能 耗 境计鼓据分 析 比较结 果 表 明，本 方 珐 比传 抗 方 法，每生产 lt汞触媒可降低 20％ 左右的能耗。 参 考 文 献 1 中雹氯碱工业协告 组织编写 ．严福英等 主蝙 ．聚氯乙 烯工艺学 ．北京：化学工业出版钍，】990．32 35 2 上 海市化工轻工供应公 司技木窒等 蝙，化工商 品橙 鞋 方 {砉．北 京 ·化学 工业 出 版钍 1993：】391～ 1392 3 唐巷候 氯 化汞触媒 叶1氯化汞 的快 速 测定 化 学世 ． 】9B7；f9]．406～ 409 《化学工程师》4 1995(总第 49期 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com 等作 用而沉积、聚集 ．磁性藏体 可技磁化而 由越力 所控 制 典型 的磁性 流体密封结 构原理 如 图 1所 示 ． 】 不 导磴 讣甓 2 木磴 俄 3 O 型腔圈 4 磁性诡体 5 导硅轴套 图 1 典型磁性藏体密封结构原理 图 1中，永久磁铁 在极靴和轴 套之问 的气 睬里 形成一个磁场，嗳住磁性藏体，此磁场在极 靴的各个 齿上很强。可 嗳引 磁性 流体，形成 多个 暖抗密 封 结 构。每个暖状结构可承受一定压差，串联起来 的结构 可承受相 当太的压力差 ，从而起到密封作用． 磁性流体所承受的压差 △口与磁性漉 体两界面 址的磁场强度差成正比，与磁性藏律奉身的拖和磁 化强度 ^戒 正比，即 H】 却 J11l M,dH M 一 ) 式 (I)中，Ap：磁性流体所承受 的压力差 n：轴套密封齿鼓 ，亦称级数 M ：磁性藏体 的饱和磁化强度 Hl1 ：磁性流体两界面处的磁场强度 方程和拉普拉斯方程二 蛙问题 的基本解 考虑定解 问题 = r在 n 内 】 A (在 r，内) B： 生 ：百 (在 ) on 图 2 式 中 n以 r1+ =r为边 界 (图 2)，I】为 r的外 法 向， 和百分刷为 r．．1"-2 j：的给定值。 由格林 (Green)公式 (AgnA*-A*V2A衅 等 Ⅺr 。 c61 投式 (3)、(5)并夸 ： 皇 m [1)脯：-f』(一 舢+ =f r(8) 利用 的一十重要性质 j{ 衅= (rj (9、 式中l点在 n境 内，，是 由 i点出发 的向经。由 3 边界单元法算法基本原理 用边界 单元法首先要 绐 出方程 的基本解，以二 蛙场为侧，磁位 A及电巍密度 J满足 A=一 f2】 相应于此方程的基奉解 +应满足 ’+6(计=O 0) 式f3】中 是驮喇 克函数， ·相 当于单位集 中作 用 产生 的场，即电流 密度 为 l的 长直 导 线产 生 的 磁 场，因此 1 1 A 亩 (4】 在教分方程理论中，A’=击 ÷称为泊舱 《化学工程师》4／l995(总第 49期 ) (9】式 固 式可得 J B*dF=J rA*Bdr+jj 棚 [1 0】 选 时 A。仍是 n 内 i点 的值。 当 i点 在 边 界 r上 时．求援限可得 + AB*dr= 『『 ㈣ 此式中的各量 都是曲 界 上的量 。为 了进行 数值 计 算，将边界r分为n个单元，在每一个单元 0=l ⋯ ，m 上构造插值函数 。接不同的要求 可用常单元， 线性单元及更高阶的 单元。认为在每一单元上 A和 8足常量 ．并以单元中点为节点，即用 中节点之值代 表 单元上的值。就有： 维普资讯 http://www.cqvip.com { 主 跗 r丑 ’删n (121 夸 ： = ‘ar 。。= ； ．dr J Jr 有 G：_I 艘 J J } +[丑，、H ⋯⋯H。】 = _G G。一GJ B1 ： 1 2 ： (13) 用上述方法可求稳定 电磁塌的各 种位 函数，但 只是边界上的值．余下 的工作是根据需要琅 一些 内 点的值 ，这时要用式 (10)的离散形式 {J 删FAj ㈣ Ai= G 一 日^ +c (21) 进一步求场强时要球对位函数求偏 导，倒如+ 等= 等 等ar JJn号 ㈤ C (14) E = 对每一个边界节点都有这样的一个方程 ．对不 同节点 f的方程，式 03)中 A’及 B 包吉 的 向经 应由掷应 的 i点标起．再争 圩i：{ 一专 (15) 风 f≠J 则有： f rB ] 砌 =【6】1 G。] +G (16) J L且j (f i，2 ．fz) 用矩阵记 弓可筒 为： HA=GB-C 07) 式(17)中H G是 日i G。组成的方阵，而 A = A~'--'--A B= ，马 ⋯ 。到 。 (18) c=[cL，G⋯一cJ 式(17)屉相应于泊松方程 的边界 单元法的代数方程 组。C中元素可用数值积分计算 当J=0时，C为零向量 式 (17)化为 日 =GB， 这是 相应于拉普 拉斯方程 的代 数方程组。在 向量 ．B中，出边界条件中可决定 哪些是乙知，哪些 是束 知 束 知敷总 共有 个，正 好 可 由 方 程 组 (17)解 出。娜将式07)重新排列写成标准的代数方程组形 式 kx=F 09) 是 由 A、B中未知元素组成的向量，k是相应的 系数矩阵． 一 『r 警ar+『r 等 M·gJ~in ) 谏导时已假设积分号下 的 A、B为常量 由 N--- 式不难写出离散计算公 式．其过程 与前面 的其 本相 同， 再赘述． 4 计算、实验结果及分析 作者测试了袁 1所示 一组构件齿 中心的磁场强 度数值．然后给出了用边界单元法球解时的计算区域 及喇格剖分 圉，见 图 3． 在圈 3中 AF及 BC分别是齿 中心线 和槽 中心 线 ，它们是平行对称线 ． B及 CDEF是空气与铁的 分界线．在求解区域 BcDEFA内无电流 《化学工程师》4 1995(总第 49期 维普资讯 http://www.cqvip.com 寰 1 试验件几何●数值 (扛巾)爱脚瞳中量太 丑值 图 A求解时，由于可用二雏问题处理。因此是对 标量 A求解 ．定解 问题是 (如 图 4)： A= 】O 田 4 FORTRAN"程序计算等 A绒稠结果 厂丽面 ] = 方程组最大 雏 ：=输^通道号 -=输 出遵谨号 输^：标厝，边界单元蘑散 ， 要求值的内点总数，内点坐标 边界单元畸点坐标．边界条件． 计算边鼻单元 中点坐标 t 匾 图 5 FORTRAN 程 度框 图 《化学工程师》4／1995(总第 49期 ) ：n 。 【24) 等 =o等 =o 、 在奉问题中分割用常单元及线性 单元进行了计 算。全部边 界划分为 48个 单元。在使 用线 性 元 时，要注意 角点问题 。枉两种边界条件 的交界 处，如正好是 元的节点，它属于哪种边界条件 都不 合适。为此在离敬 时应在选种 点的很近处分剐 在两 种边界上备取一点代替原来 的交界 点，选样 可以提 高计算精度 。图4为使用 FORTRAN 程序 在 386机 上计算而面出的等 A线图．其计算程序框图如图5． 对三种尺寸的试件 求出其 荨 A线分布后即可以 计算 出任意磁性藏体体祝下的密封耐压能力。囝 6、7、8分剐为三种试件耐压 能力 的实验值 与理论值 的 比较．圈中有 x号的曲线为实验值。 5l P( 呐 l 0 0．5 田 7 =0 25 l = 1．0 】h 0 8 L l 2 3 4 5 6 7 圉 8 f下转 46页 ) 25 维普资讯 http://www.cqvip.com 固芯 片两面均授在水 中使 用，绝 缘l不好 会导致整个 设计前功尽弃。采用 晶硅 讨底材料的 C型杯 式结构的芯片，在其应 变区内组成 扩散应 变惠斯 顿 电桥 ，如 图 2所 示 ，蒜 片 厚度 与所 受压 力 之 间 应 满 足 下 列 关 系 ： n a√} 等 h一 芯 片 厚度 一 芯 片所受的压力之差 一 极限应力<取 =8×10~a) a一 常数 圈 2 传 感 器 芯片 囝 应该把应变 电阻配置在 应力最大 的位 置，以获 得最大的灵敏度 另外，设计 中还应考 虑过载和耐 静压坷题 4 试验结果及重要性能指标、特点 该流速传感器在标准流场内进行 了实藏校验和 测 试，f见图)并实验 应用了一年 ，性 能优 盅，长期稳 定性好，为高精度的流速测量提供 了廉价的解决避径。 该传慧器的主要性能指标为： 量程： 0．5～ 10re,s(水 ) 65～ 130m／~(气体 ) 准确度：0．5％F．S 工作温度： 一4 ～ 80℃ 耐静压 ：>lMPa 该传意器的主要特点是小型一体化，喃应快，精 度高．便于与计算机联网进行 试验数据的实 时处理。 5 产品的应用 该传感器不仅适合 于实验室 应用，也适用 于水 利工程、工矿企业通M管道 环保等部门流速流量 的 测量 如果 与徽处理 机配套使 用，可 以实现工 艺瓶 程 中流速，流量的集 中监控。若 配以单 片札厦 数学 表，可组成便携式 流速计使其具有 自动选择量程，自 动提取予存参数等功 能．成 为满 足现代 测量 的智能 化流速 仪 一 46 一 圈 3 8只潍遗传感嚣辖^输出关系曲螭 参 考 文 献 1 丑s1042：part 2A 1吼 Bt~tish stanchrd n戗 b．ods 如r t}Ie rr蛐 Ⅲ强n州 of nuid flow m pipes P8n 上 Pitot t0 2 ISO3966,M easuteel~eat of flnid flc~v 1D closed condmts ~locily am method rIg p讧。t slatic tubes 1977 3 流速测甘技术，盛森芝 沈熊，舒玮编著 1987 4 流 量 测量 手册 (日 l幽格 郎 小官 勤 一 ，III崎 弘 邮编 著 】g7g 5 传惑器技术，王洪业编著，1985 接 2s页) 凰中可以看出 其理论计算值与实验值相当吻舍 5 结柬语 由边界 堆元法的原理厦 计算公式 可见．代 数方 程组的未知量垒是边界点 上的 值，这 实际 是 将问 题降 维了，即三维问题化为二维问题 ，二维问题 化为 一 维问题。而有限差分j盎及 有限单元 涪等 电是 否要求内点值，一律要将区域全韶离散 ．代 数方程组 中的未知量包括内部节点之值。边界 元法只 要求 出边界节点值后 再根据需 要求 内点之值 ．因此 使 用边界 元j盎时输^数据少并节省机时 由于使用了方程的基本解 ．边 界单 元法实际 』‘ 是解析与数值的结合，过势必 导致计算精度的提高 参 考 文 献 l C A Brebbia ‘TI1e Bour．da~'T ． Element M e~hod r。r En neer~ Pmtch Pr LondO 197,8 2 C A Btebbia 。B~undat． ． , Eler~ t Techn!qu~ in Er,gineeang’。Newn~ Butleohorths 1980 3 南 京太学．《偏傲分方 》辞学出腼杜，1979 4 亭 忠元 ．《电碰 场边 界 元素法蜘 E京工业学院出版社 1987 《化学 』 程师》4 I 5(总第 4q期 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com