《接觸式機械密封的表面潤濕效應及泄漏抑制機理研究》是依託南京林業大學，由馬晨波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：接觸式機械密封的表面潤濕效應及泄漏抑制機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬晨波
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
新世紀節約資源、安全生產和環境保護的要求，使得接觸式機械密封的泄漏問題再次成為國內外學者關注的焦點。考慮到表面潤濕性在微通道流體流動中的重要作用，本項目從數值模擬、理論分析和試驗研究三個層面開展接觸式機械密封的表面潤濕效應及泄漏抑制機理研究：首先建立真實密封界面的多孔介質模型，採用格子Boltzmann方法並結合Shan-Chen模型數值模擬研究表面潤濕性對泄漏率的影響規律，闡釋表面潤濕性改變的減阻增漏或增阻減漏機制；隨後基於修正的Hagen-Poiseulle方程，結合分形理論和滑移理論，建立泄漏率關於表面潤濕性以及密封介質壓力、黏度、孔隙率、孔隙尺度等參數的理論模型；最後通過開展不同表面潤濕性條件下的機械密封性能試驗，對數值模擬和理論分析結果進行對比論證，進而提出基於表面潤濕改性的接觸式機械密封泄漏抑制的理論和方法，可為接觸式機械密封的泄漏干預、套用範圍的拓展和長周期安全運行奠定基礎。
結題摘要
面對泄漏失效造成的生產安全、環境污染和資源浪費等問題，本項目針對工業裝備的動力輸入軸和腔體之間裝設的接觸式機械密封，考慮密封界面間表面潤濕性因素的影響，從數值模擬、理論分析和試驗研究三個層面開展了其泄漏通道流體的流動特性研究：首先從真實的接觸式機械密封密封界面數據出發建立了密封界面的多孔介質模型，提出了最大孔隙直徑的計算方法，探討了不同密封壓力下孔隙率、分形維數及最大孔隙直徑的變化規律；以所建立的多孔介質模型為計算域，採用介觀的格子Boltzmann方法並結合Shan-Chen模型數值模擬研究了密封界面間流體的流動特性，重點探討了表面潤濕性對流動特性的影響規律，並闡釋了表面潤濕性改變的增阻減漏機制；基於修正的Hagen-Poiseulle方程，結合分形理論和滑移理論，通過引入表面接觸角和滑移長度的關係，建立了泄漏率關於表面潤濕性以及密封介質壓力、黏度、孔隙率、孔隙尺度等參數的理論模型，並與現有模型、試驗數據進行對比論證了其可行性；對現有常用機械密封的不同運行階段及端面不同位置處的表面潤濕性進行了評定，並通過開展不同表面潤濕性條件下的機械密封性能靜態泄漏試驗，對數值模擬和理論分析結果進行了對比論證。研究結果表明：所建立的基於多孔介質分形模型和基於介觀格子Boltzmann方法的數值模擬能夠較好地獲取接觸式機械密封界面的流動特性；表面潤濕性對於接觸式機械密封的泄漏具有不可忽視的影響，親水界面由於負滑移長度的存在使得與疏水界面相比泄漏率較低，因而可通過改變材料特性或者表面粗糙度的方法改變表面潤濕性進而實現泄漏抑制；現有常用機械密封的不同運行階段及端面不同位置處的表面潤濕性表現不同，隨著摩擦磨損的進行和端面位置所處直徑的增大，表面接觸角逐漸增大。研究結果可為接觸式機械密封的泄漏干預、套用範圍的拓展和長周期安全運行奠定基礎。
