《接觸式高壓氣流密封接觸點傳熱及流固耦合傳熱研究》是依託上海交通大學，由王煒哲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：接觸式高壓氣流密封接觸點傳熱及流固耦合傳熱研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王煒哲
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以刷式密封與轉子互動作用下接觸點傳熱及流固耦合傳熱動力學規律為研究目標，綜合多種因素的（刷絲之間、刷絲與後擋板摩擦以及刷絲彎曲效應）影響，套用數值模擬手段，建立非線性接觸力數學模型以及接觸力作用下流固耦合傳熱模型。利用課題組在密封-轉子系統流固耦合實驗方面積累的豐富經驗和先進密封技術研究的基礎，建立了刷式密封-轉子系統學實驗平台完成流固熱耦合數學模型的驗證。本項目旨在提出接觸密封理論模型和接觸力選擇準則，通過實驗和數值手段研究刷式密封-轉子系統流固耦合傳熱規律，建立及完善流固熱耦合數學模型，能數值分析不同刷式密封與轉子系統結構下，系統內刷式密封與轉子接觸力及摩擦生熱等參數，為研究工質泄漏、轉子穩定性以及部件疲勞壽命提供重要的手段。
結題摘要
本項目採用數值模擬方法研究了緊湊管束內流動特徵，揭示了刷絲內部的流動現象，並通過單絲接觸力數學模型的研究，建立了氣動力下單絲接觸力計算方法。此外，採用多孔介質模型研究了刷式密封在不同幾何條件下的泄漏流動特徵及抑制泄漏的原理，進而套用到實際百萬超超臨界汽輪機組高壓平衡活塞處密封系統中，細緻研究了刷式密封對泄漏流動的影響。最後，利用有限元方法對刷絲尖端的接觸受力進行研究，結合多孔介質模型嘗試建立刷式密封頂端摩擦熱源的流動換熱模型，得到密封周圍的流動換熱狀況。 本項目建立了流動試驗台，模擬刷絲排列方式下管束內流動特徵。針對管束排列方式、管束直徑比例關係以及管束間隙變化，細緻研究了管束內流動特徵：渦量分布、雷諾應力分布、流向和法向脈動速度以及全場速度分布曲線，旨在指導刷絲與氣體互動作用下氣動力的載入方式。此外，改造了密封-轉子系統試驗台，通過研究刷式密封-轉子系統在高壓氣流作用下的系統穩定性特徵及刷式密封-轉子之間接觸力，來指導刷式密封-轉子系統接觸力導致摩擦生熱結果。 結論顯示：隨雷諾數的增加，管束兩端壓差呈冪函式增長。多孔介質模型分析泄漏流動結果說明，從接觸式零間隙到大間隙結構下泄漏量不斷增加。徑向間隙從0增長到0.1mm時，泄漏量增加一個數量級。當間隙增加到0.3-0.4mm時，間隙處泄漏量占總泄漏量的75%-80%。此外，近下游擋板截面刷絲自由端附近的徑向壓力梯度最大，促使流體徑向流動到間隙處泄漏。在某汽輪機組改造的研究中發現，單級刷封的安裝位置對泄漏量的影響可以忽略，但刷封個數的增加，抑制泄漏效果凸顯。三道刷式密封，可使泄漏量下降80%。摩擦生熱研究顯示，接觸力隨著干涉量的變化出現遲滯效應。高溫區域在刷絲尖端，溫度沿徑向呈指數衰減。流動實驗表明：通過時均渦量、雷諾應力分布，發現隨夾角變化，尾跡脫落漩渦的尺度、上下剪下層應力強度的變化過程。在管束上下沿處存在穩定的小尺度結構。密封轉子試驗表明：當刷式密封與篦齒密封混合使用時，發現刷式密封通過與轉子結構形成了轉子的支撐剛度，從而降低了轉子的穩定性。 研究成果：發表了4篇SCI、4篇EI（國際會議）和1篇中文核心期刊論文，參加了2次ASME國際會議，宣講了4篇國際會議論文，參加了3次國內會議並宣讀論文3篇，申請了3項專利、獲批1項著作權登記軟體，培養2名博士和3名碩士。目前提交了第2項著作權登記軟體、在審4篇SCI論文。
