1、干氣密封螺旋槽內氣體流場的有限元模擬3黃義仿33丁雪興鄭勁陳蘭新(蘭州石化職業(yè)技術學院(蘭州理工大學(蘭州石化職業(yè)技術學院摘要利用ANSYS8.0對螺旋槽干氣密封槽內氣體層流流場進行了二維模擬分析,得到了氣體的壓力分布及速度分布云圖,并分析了運算結果。關鍵詞干氣密封螺旋槽氣體流場有限元模擬中圖分類號T Q051.21文獻標識碼A文章編號025426094(2007022*干氣密封是利用氣體的動壓效應來改善密封端面的潤滑狀況,使端面間保持一氣膜,從而實現非接觸密封,它是目前旋轉機械軸端密封中最先進的一種密封裝置。螺旋槽干氣密封在工程運用中的優(yōu)越性引起了國內外學者的廣泛關注,文獻13對機械密封流體

2、流動場進行了研究,分析流動特性、建立力學模型且計算一些流動參數,文獻4利用有限元分析了氣膜厚度的微小擾動特性,文獻5利用微分方程推導出螺旋槽干氣密封內部流動的近似算法。本文利用ANSYS軟件對槽內氣體的流場作了有限元模擬分析,獲得了壓力分布圖及速度場云圖,為螺旋槽干氣密封的優(yōu)化設計、制造提供重要的理論依據。1槽內氣體流場的邊值問題在計算過程中作如下假設:a.氣體是等溫流動;b.氣體流動為層流;c.壓力和粘度沿氣體厚度方向不變;d.氣體流動符合牛頓粘性定律。N2S方程的一般式為:d Vd t =F- p+ 2V+13 ( V(1對于氣體而言,忽略外力項F,則有:d Vd t =- p+ 2V+1

3、3 ( V(22邊值問題的數值求解2.1建立幾何模型利用ANSYS軟件的前處理程序PREP7,經過單元類型選擇、流體參數的確定、幾何建模及單元生成等步驟,建立螺旋槽干氣密封內部流動場的有限元分析模型,并對有限元的模型進行網格劃分。本文采用2D.fluid141的單元類型自底向上的建模方法建立有限元模型,共有147節(jié)點,120個單元。有限元模型網格圖如圖1所示。圖1螺旋槽有限元模型圖2.2加載和求解通過定義分析類型、分析選向,載荷數據和載荷步選項,然后開始有限元求解。添加載荷數據后ANSYS軟件將自動求解,并將結果保存在文件中。2.3后處理可以通過友好的用戶圖形界面獲得求解過程的計算結果,并對這

4、些結果進行運算。這些計算59第34卷第2期化工機械3 33甘肅省教育技術基金資助項目(061501,甘肅省自然科學基金資助項目(3ZS061A25051。黃義仿,男,1961年7月生,副教授,副院長。甘肅省蘭州市,730060。結果包括速度、壓力等,輸出形式有圖形顯示和數 據列表兩種 。后處理訪問數據的方法有兩種:一是通用后處理器post1檢查整個模型或模型的某一部分中任意一個特定數據集的結果;二是時間歷程后處理器post26,跨多個數據集檢查選擇的部分模型數據。本文采用第一種后處理方法。3典型實例分析取文獻6中的實驗數據:介質為空氣,粘度=1.8×10-5Pa s,密度=1.2g/

5、c m 3,介質壓力(外壓p 0=4.852MPa,轉速n r =10380r/m in 。內徑R i =58.42mm ,外徑R 0=77.78mm ,螺旋槽數n =10,螺旋角=75°。邊界條件:x =0.52mm /s,y =1.93mm /s 。3.1速度場計算與分析本例計算的基本數據是節(jié)點的速度數據,使用post1進行后處理,獲得的速度矢量圖、X 向和Y 向速度場分布云圖分別見圖24所示。圖2速度矢量圖圖3X 向速度場分布云圖從圖24可知,在出口附近由于氣體流動截面變窄,所以速度的變化較大,最大值會出現在該區(qū)域,螺旋槽中間段速度的變化比較平穩(wěn)。圖4Y 向速度場分布云圖3.2

6、壓力場的計算分析在ANSYS 的求解階段,加壓力載荷,后處理采用后處理器post1。獲得的各節(jié)點壓力分布如圖5所示。圖5壓力場分布云圖從圖5中可知,在出口附近壓力的變化很大且有最大值,實現了在螺旋槽的尾端產生動壓效應,與設計初衷十分吻合,減少了內外壓差,保證了密封的可靠性。取文獻6中實驗數據與本文近似算法的計算結果進行比較,如圖6所示。從圖6中可以看出,氣體流入和流出兩端誤差較小,中間誤差較大,最大誤差為9173%。其誤差產生的原因是:a.流動模型的差異。在計算氣體流動過程中采用了層流流動模型,但在實際運行中氣體并不是完全層流流動,而是含有湍流因子的層流流動;b.流動計算的偏差。在有限元計算時

7、,采用了線性有限元方法近似計算非線性N 2S 方程,其結果也存在誤差。69化工機械2007年 圖6壓力曲線對比圖4結論利用ANSYS8.0分析螺旋槽內的氣體流場,對難以觀察的場內變化進行了數值模擬,得到了速度場云圖和壓力場云圖,實現了可視化計算,從而為螺旋槽結構的優(yōu)化設計提供了理論依據。參考文獻1蔣小文,顧伯勤.收斂楔形間隙中流體流動的數值模擬.潤滑與密封,2004(3:4749析.西安交通大學學報,2004,38(5:4744794李雙喜,蔡紀寧,陳罕等.高速螺旋槽氣體密封軸向微擾的有限元分析.北京化工大學學報,2003,30(1:53575王彤,徐潔,谷傳國.微尺度效應對螺旋槽干氣密封性能

8、的影響.工程物理學報,2004,25(增:39426Gabriel R P .Funda mentals of S p iral Gr oove Non 2Contac 2ting Face Seals .Lubricati on Engineering,1994(3:215224(收稿日期:2006211222,修回日期:2007201224F i n ite E l em en t S i m u l a ti o n o f the Ga s F l o w F i e l d i n theD ry Ga s S ea l Sp ira l G r oo ve sHUAN G Yifa

9、ng 1,D I N G Xuexing 2,ZHEN G J in 1,CHEN La nxin1(1L anzhou Petroche m ical College of V ocational Technology,L anzhou,730060,Gansu,China;2L anzhou U niversity of Technology,L anzhou,730050,Gansu,China Ab s trac t A 22D si m ulative analysis was perf or med of the gas la m inar fl ow field in the d

10、ry gas seal s p iral gr ooves using ANSYS 8.0s oft w are,the cl oud charts of p ressure distributi on and vel ocity distributi on of gas were obtained,the calculati on result was analyzed .Keywo rd s D ry Gas Seal,Sp iral Gr oove,Gas Fl ow Field,Finite Ele ment Si m ulati on新型復混肥造粒機高效方便近年來,河北衡水化肥干燥設備廠針對我國化肥生產設備更新?lián)Q代的需要,研制開發(fā)出用于復混肥生產的新型對輥式造粒機新產品,高效方便,為提高化肥產品附加值開辟出一條新路子。該設備具有投資小、工效高、性能優(yōu)越以及使用方便等特性,通過采用對輥式干法生產工藝完成復混肥造粒,將物料在常溫下直接壓制成顆粒。該設備以碳銨、尿素、氯化銨、磷銨等為基料生產的多元復混肥,強度高、緩釋性能好,達到了長效、控釋和緩釋的效果,可提高肥效20%以上。同時,該設備也解決了目前國內轉鼓式、圓盤式造粒設備生產的有機肥顆粒強度不夠等問題。另外,由于設備采用干粉對輥壓制造粒新工藝,使生產中的物料與