Please wait a minute...
 首页  期刊介绍 期刊订阅 联系我们 横山亮次奖 百年刊庆
 
最新录用  |  预出版  |  当期目录  |  过刊浏览  |  阅读排行  |  下载排行  |  引用排行  |  横山亮次奖  |  百年刊庆
清华大学学报(自然科学版)  2014, Vol. 54 Issue (6): 805-810    
  本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
刷式密封流场和温度场的3维数值计算
黄首清1,索双富1,李永健1(),顾新民2,王玉明1
2. 江苏透平密封高科技有限公司, 南京 210046
Numerical predictions of the flow and temperature distributions in a three-dimensional brush seal model
Shouqing HUANG1,Shuangfu SUO1,Yongjian LI1(),Xinmin GU2,Yuming WANG1
1. State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2. Jiangsu Turbine Seal High-Technology Co., Ltd, Nanjing 210046, China
全文: PDF(2322 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)       背景资料
文章导读  
摘要 

该文建立了一种刷式密封的3维模型,结合 ANSYS 系列商用软件,利用计算流体动力学(CFD)方法计算了刷式密封的流场和温度场。研究了刷丝排数对泄漏量的影响,对刷丝排数为14排,厚0.93 mm的刷式密封进行了流场和温度场计算,重点研究了刷丝间隙中的流动和刷丝及刷丝间隙中温度分布的细节及规律,讨论了不同工况参数及压差、干涉量、线速度对最高温度的影响。结果表明: 随着刷丝排数的增加,泄漏量先呈指数下降,后呈趋缓的线性下降,最后基本趋于稳定。干涉量和线速度对最高温度的影响更为明显。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
关键词 刷式密封流场温度场3维模型工况参数    
Abstract

The flow and temperature distributions in a brush seal are predicted using a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model with software ANSYS. The results show the effect of the number of bristles rows on the leakage and the flow and temperature distributions in the brush seal (14 rows, 0.93 mm thick). The results relate the characteristics of the flow and temperature distributions around the bristles to the clearances between bristles and the influence of various operating parameters (pressure differential, interference, linear speed) on the maximum temperature. Results show that as the bristle row number increases, the leakage first decreases exponentially, then decreases linearly and slowly, and tends to a stable value in the end. The effects of interference and linear speed on the maximum temperature are more obvious.

Key wordsbrush seal    flow distribution    temperature distribution    three-dimensional model    operation-parameter
收稿日期: 2013-08-27      出版日期: 2014-06-15
基金资助:国家自然科学基金资助项目 (51305224)
引用本文:   
黄首清,索双富,李永健,顾新民,王玉明. 刷式密封流场和温度场的3维数值计算[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2014, 54(6): 805-810.
Shouqing HUANG,Shuangfu SUO,Yongjian LI,Xinmin GU,Yuming WANG. Numerical predictions of the flow and temperature distributions in a three-dimensional brush seal model. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2014, 54(6): 805-810.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2014/V54/I6/805
  刷式密封的切片式3维模型
  刷丝束区域的横截面图(沿轴向)
参数 数值
刷丝安装角φ/(°) 45
刷丝直径d/mm 0.07
刷丝间隙δ/mm 0.007
刷丝径向跨度H/mm 3
刷丝长度L/mm 4.24
背板保护间隙Hb/mm 1.5
刷丝悬垂长度Lb/mm 2.12
入口压力Pu/Pa 501 325
入口温度Tu/K 300
出口压力Pd/Pa 101 325
出口温度Td/K 300
刷丝根部温度Tr/K 300
刷丝根部流体温度Tw/K 300
刷丝排数n 6~26,取偶数
  几何及边界参数
编号 压差
Δp
/MPa
硬度Kb
/(MPa·m-1)
干涉量
Δr/mm
线速度
v/(m·s-1)
摩擦热流密度
q/(kW·s-2)
1 0.1 271.45 0.20 5.95 97
2 0.2 542.90 0.25 11.91 485
3 0.3 814.34 0.30 23.81 1 745
4 0.4 1 085.79 0.35 47.63 5 430
  不同工况下的摩擦热流密度
  刷丝及其间隙的局部网格剖分
  刷丝排数与泄漏量的关系
  对称面的压力云图
  对称面的流速矢量图
  刷丝束横截面的压力云图和速度矢量图(距刷丝尖端0.7 mm)
  刷丝束与背板间的压力云图
  刷丝束与背板间的速度矢量图
  刷丝表面的温度云图
  刷丝表面的径向温度分布
  压差Δp对最高温度Tmax的影响
  干涉量Δr对最高温度Tmax的影响
  线速度v对最高温度Tmax的影响
[1] Bayley F J, Long C A. A combined experimental and theoretical study of flow and pressure distributions in a brush seal[J]. ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, 1993, 115(2): 404-410.
[2] Lelli D, Chew J W, Cooper P. Combined 3D fluid dynamics and mechanical modeling of brush seals [C]// GT 2005-68973. ASME Turbo Expo 2005: Power for Land, Sea and Air. Reno-Tahoe, USA, 2005.
[3] Dogu Y, Aksit M F. Brush seal temperature distribution analysis[J]. ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2005, 128(3): 559-609.
[4] 邱波, 李军. 刷式密封传热特性研究[J]. 西安交通大学学报, 2011, 45(9): 94-100. QIU Bo, LI Jun. Investigation on the heat transfer characteristics of brush seals[J].Journal of Xi'an Jiaotong University, 2011, 45(9): 94-100. (in Chinese)
[5] Chew J W, Lapworth B L, Millener P J. Mathematical modeling of brush seals[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow, 1995, 16(6): 493-500.
[6] Dogu Y. Investigation of brush seal flow characteristics using bulk porous medium approach[J]. ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2005, 127(1): 136-144.
[7] 李理科, 王之栎, 宋飞, 等. 刷式密封温度场数值研究[J]. 航空动力学报, 2010, 25(5): 1018-1024. LI Like, WANG Zhili, SONG Fei, et al.Numerical investigation of temperature field in brush seals[J]. Journal of Aerospace Power, 2010, 25(5): 1018-1024. (in Chinese)
[8] Chew J W, Guardino C. Simulation of flow and heat transfer in the tip region of a brush seal[J]. International Journal of Heat Fluid Flow, 2004, 25: 649-658.
[9] Franceschini G, Jones T V, Gillespie D R H. Improved understanding of blow-down in filament seals [C]// GT 2008-51197. ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air. Berlin, Germany, 2008.
[10] Bidkar A R, Zheng X, Demiroglu M, et al. Stiffness measurement for pressure-loaded brush seals [C]// GT 2011-45399. ASME Turbo Expo 2011: Power for Land, Sea and Air. Vancouver, Canada, 2011.
[11] Pugachev A O, Deckner M. CFD prediction and test results of stiffness and damping coefficients for brush-labyrinth gas seals [C]// GT 2010-22667. ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. Glasgow, UK, 2010.
[12] 陶文铨. 传热学[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2006. TAO Wenquan. Heat Transfer [M]. Xi'an, China: North Western Polytechnical University Press, 2006. (in Chinese)
[1] 曹恒超, 徐乙人, 孙楠楠, 韩承敏, 朱桂香, 李永健. 船用柴油机曲轴箱轴端密封试验研究与改进[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(9): 1532-1538.
[2] 曹列凯, DETERTMartin, 李丹勋. 基于无人机的长河段表面流场测量系统与应用[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(12): 1922-1929.
[3] 王泽英, 陈涛, 张继伟, 陈金奇, 冯政恒. 基于仿生结构流场的质子交换膜燃料电池的性能[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(10): 1697-1705.
[4] 陈志恒, 荣冠, 谭尧升, 张子阳, 王克祥, 罗贯军. 白鹤滩大坝三维渗流场仿真与渗控效果评价[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(7): 705-713,723.
[5] 周华维, 赵春菊, 陈文夫, 周宜红, 谭尧升, 刘全, 潘志国, 游皓, 梁志鹏, 王放, 龚攀. 基于海量光纤测温数据的混凝土坝三维温度场分析系统[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(7): 738-746.
[6] 周成龙, 陈涛. 基于小波熵的化工园区流场不稳定性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(2): 135-143.
[7] 孙世妍, 张佑杰, 郑艳华, 夏冰. HTR-10超高温运行堆芯温度场分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(11): 1301-1307.
[8] 李子君, 王树博, 李微微, 朱彤, 谢晓峰. 波形流道增强质子交换膜燃料电池性能[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(10): 1046-1054.
[9] 邵高鹏, 张扬军. 基于流场偏差分析的燃料电池空压机优化设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(6): 490-496.
[10] 曾颖宇, 蒋晓华. 集总参数热路结合温度场和流场的电机永磁体温升分析方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(1): 67-74.
[11] 黄首清, 索双富, 李永健, 杨杰, 刘守文, 王玉明. 基于2维叉排管束模型的刷式密封介质流动计算[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(2): 160-166.
[12] 关立文, 杨亮亮, 王立平, 陈学尚, 王耀辉, 黄克. “S”形试件间歇性切削温度场建模与分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(2): 192-199.
[13] 任成, 杨星团, 李聪新, 孙艳飞, 刘志勇. 高温气冷堆球床等效导热系数实验装置模拟计算[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(9): 991-997.
[14] 左正,胡昱,李庆斌,李炳锋,黄涛. 基于实际通水监测的大体积混凝土数字温度监测[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(1): 21-26.
[15] 林鹏,胡杭,郑东,李庆斌. 大体积混凝土真实温度场演化规律试验[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(1): 27-32.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
版权所有 © 《清华大学学报(自然科学版)》编辑部
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 技术支持:support@magtech.com.cn