液相环境下非牛顿磁流体密封的性能研究
非牛顿磁流体密封因其寿命长、无泄漏、维修方便的优势，成为解决密封某些液体介质的较理想密封形式。但若设计不当会影响其运行稳定性和使用寿命。本文采用磁-热-流耦合数值模拟和试验研究相结合的方法，对液相环境下非牛顿磁流体密封（以下简称液-磁密封）的失效机理，密封性能及其影响因素展开了系统且深入的研究。 引入水平集方程，准确描述液-磁两相界面的拓扑变化，建立了磁场、温度场、液-磁两相流的多场数值分析模型，模拟得到液-磁密封的磁场、温度场、速度场和压力场分布。分析了液-磁密封的失效机理，探究了非牛顿磁流体与被密封液体的界面稳定性及其影响因素。分析结果显示，当非牛顿磁流体受到的轴向磁场力减弱，无法继续存在于密封间隙内，形成泄漏通道，造成密封失效。转速上升会造成界面稳定性下降，采用黏度高的非牛顿磁流体可增加液-磁两相界面稳定性。 在磁-热-流耦合分析模型的基础上，模拟分析了转速、磁液填充率、密封间隙和极齿宽度对液-磁密封耐压值和非牛顿磁流体温度的影响规律。分析结果表明，转速升高，非牛顿磁流体的温度上升，耐压值下降;增加磁液填充率或极齿宽度均可有效提高密封的耐压值。使用正交优化方法分析了转速、磁液填充率、密封间隙和极齿宽度对耐压值和非牛顿磁流体温度的影响，得到密封结构的最佳使用条件和结构参数范围。 研制液-磁密封装置，搭建密封试验台，进行了静密封试验和动密封试验。采用混合碾压法制备了五种非牛顿磁流体，分析了非牛顿磁流体属性对密封性能的影响。分析了转速和密封间隙对耐压值和非牛顿磁流体温度的影响规律，试验值与模拟值吻合较好，验证了磁-热-流耦合数值分析模型的准确性。 通过本文对液-磁密封性能的研究，为液-磁密封两相流提供了新的计算思路与方法，揭示了液-磁密封压差失效的机理，可为液-磁密封的结构优化和性能提升提供指导，进一步促进其工程应用和推广。
非牛顿磁流体密封;液相环境;压差失效
北京化工大学
硕士
机械工程
郑娆;贾祥际
2021
中文
TB42
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）