第二章流体在密封间隙中的流动ppt课件

1、第二章第二章 流体在密封间隙中的流动流体在密封间隙中的流动一一. 分子流分子流二二. 不可紧缩不可紧缩流体的层流流体的层流长走漏通道中的分子流长走漏通道中的分子流小孔和短走漏通道中的分子流小孔和短走漏通道中的分子流雷诺数和雷诺方程雷诺数和雷诺方程一维轴对称流动一维轴对称流动二维流动二维流动其它方式流动其它方式流动三三. 可紧缩流体的薄膜流动简单引见可紧缩流体的薄膜流动简单引见难点难点重点重点密封面间隙很小通常都是微米密封面间隙很小通常都是微米um级级流体密封性能流体密封性能 流动形状和流动阻流动形状和流动阻力力有关有关流体在狭窄间流体在狭窄间隙中的流动隙中的流动分子流分子流粘性流粘性流不可紧缩

2、流体的粘性流动不可紧缩流体的粘性流动密度的相对变化小于密度的相对变化小于5%可紧缩流体的粘性流动可紧缩流体的粘性流动在研讨和处理流体密封问题时，需求具备在很小在研讨和处理流体密封问题时，需求具备在很小密封间隙中流动流体的流膂力学方面的一些知识。密封间隙中流动流体的流膂力学方面的一些知识。引引 言言Knr克努森数克努森数对于气体介质，其流动特征可以用克努森数描画：对于气体介质，其流动特征可以用克努森数描画：0.01粘性流体粘性流体 1分子流分子流 0.01，1过渡流过渡流 自学自学r走漏通道当量半径，走漏通道当量半径，r=2A/H气体分子的平均自在程气体分子的平均自在程22kTd pk波尔兹曼常

3、数1.38*10-23J/K一一. 分子流分子流 长走漏通道中的分子流长度与横截面当量长走漏通道中的分子流长度与横截面当量 半径之比半径之比L/r100pV流率流率QpvVa是气体分子的平均速度是气体分子的平均速度代入得：代入得：几种不同横截面长管的分子流流率：几种不同横截面长管的分子流流率：1半径为半径为r的均匀横截面长管的均匀横截面长管2边长为边长为a和和b的均匀矩形横截面长管的均匀矩形横截面长管3长、短半轴分别为长、短半轴分别为a、b的均匀椭圆形横截面长的均匀椭圆形横截面长管管例例2-1 20的氮气流过一根长为的氮气流过一根长为1m、半径为、半径为0.1mm的毛细管，管子一端的压力为的毛

4、细管，管子一端的压力为30Pa，管子另，管子另一端与一高真空容器相连，求流过该毛细管的流率。一端与一高真空容器相连，求流过该毛细管的流率。2. 小孔和短走漏通道中的分子流小孔和短走漏通道中的分子流1容器器壁上的半径为容器器壁上的半径为 r 的小孔，气体从的小孔，气体从p1流入流入p2，流率可用下式计算：，流率可用下式计算：对于半径为对于半径为r的圆孔，流道横截面积的圆孔，流道横截面积2Ar代入得：代入得：2短圆管中分子流流率短圆管中分子流流率二二. 不可紧缩流体的层流不可紧缩流体的层流密封接头的性质取决于密封间隙中流体的流动形状和密封接头的性质取决于密封间隙中流体的流动形状和流动阻力。流动阻力

5、。粘性流体受流体内聚力以及流体和固体外表的粘附力粘性流体受流体内聚力以及流体和固体外表的粘附力所控制。所控制。层流层流粘性力在流动过程中起主要作用，相邻的流粘性力在流动过程中起主要作用，相邻的流线相互平行。线相互平行。接近壁面的微小区域由于粘附力能够会表现与主流不接近壁面的微小区域由于粘附力能够会表现与主流不平行的流动，但很快就会被消除，整个流动坚持层流。平行的流动，但很快就会被消除，整个流动坚持层流。流速很大、流体粘性很小流速很大、流体粘性很小变成紊流不规那么流变成紊流不规那么流动动层流层流 紊流紊流Re1. 雷诺数和雷诺方程雷诺数和雷诺方程/ 运动粘度运动粘度动力粘度动力粘度上式也可写成：

6、上式也可写成：2Re/ 2uur即雷诺数即雷诺数Re表示流体流动的惯性力和粘性力之比表示流体流动的惯性力和粘性力之比1雷诺数和流动形状雷诺数和流动形状对于高度为对于高度为h的密的密封间隙：封间隙：2 压力梯度、速度分布和雷诺方程压力梯度、速度分布和雷诺方程从流膂力学角度研讨密封，必需处理两个问题：从流膂力学角度研讨密封，必需处理两个问题：1流体在密封间隙中的压力分布，由此可计算流体在密封间隙中的压力分布，由此可计算出液膜的承载才干出液膜的承载才干2流体流过密封间隙的流率，即走漏率流体流过密封间隙的流率，即走漏率右图表示层流形右图表示层流形状下高度为状下高度为h的的密封间隙密封间隙在流体中取一个

7、微元体来详细研讨在流体中取一个微元体来详细研讨如下图，作用在微元体上的力在如下图，作用在微元体上的力在x方向上的平衡为：方向上的平衡为：(1)由此得到由此得到x方向上部分压力梯度与剪切力的关系为方向上部分压力梯度与剪切力的关系为同理，在同理，在z方向上有方向上有(2)(3)上面两个方程分别对流动速度上面两个方程分别对流动速度u和和w进展积分，并进展积分，并运用上面的边境条件，那么可得到密封间隙中流运用上面的边境条件，那么可得到密封间隙中流体流动的速度分布体流动的速度分布(4)(5)2. 二维流动二维流动根据流膂力学根据流膂力学知识，不可紧知识，不可紧缩流体必需满缩流体必需满足延续性条件，足延续

8、性条件，如右图所示。如右图所示。0V6如右图所示，在密封如右图所示，在密封间隙中取一个微元体间隙中取一个微元体hdxdz，那么上式，那么上式6对对y积分，可写积分，可写成如下方式成如下方式7运用下面的计算规那么：运用下面的计算规那么：当当y=h时，时，220,uUW方程方程7中各项的积分为中各项的积分为(8)(9)利用方程式利用方程式4和式和式5，那么方程式，那么方程式8和和9右边的第一项可写成右边的第一项可写成1011联立方程式联立方程式811，那么可得到密封间隙中，那么可得到密封间隙中二维流动的雷诺方程二维流动的雷诺方程12对于方程式对于方程式12，恣意的密封间隙高度，恣意的密封间隙高度h

9、(x,z)，求，求解偏微分方程很困难。但对于特定的问题，可以简解偏微分方程很困难。但对于特定的问题，可以简化求解。化求解。例如，对于一个密封间隙，其中一个密封外表是刚例如，对于一个密封间隙，其中一个密封外表是刚性的，且以速度性的，且以速度U1=U沿着沿着x轴方向运动，此时轴方向运动，此时V1=0以及以及W1=0；另一个刚性密封外表静止不动，即；另一个刚性密封外表静止不动，即U2、V2、W2都为零。故式都为零。故式12可简化为：可简化为：13方程式方程式13广泛运用于动密封和轴承间隙中的广泛运用于动密封和轴承间隙中的流体流动分析流体流动分析3. 一维轴对称流动一维轴对称流动一维轴对称流动是工程上

10、常见的流动方式，如流体一维轴对称流动是工程上常见的流动方式，如流体经过圆形管道的流动、阀门阀杆与填料之间环形间经过圆形管道的流动、阀门阀杆与填料之间环形间隙中流体的流动、活塞式紧缩机活塞环与汽缸壁间隙中流体的流动、活塞式紧缩机活塞环与汽缸壁间隙中气体的流动、法兰和垫片间环形间隙中流体的隙中气体的流动、法兰和垫片间环形间隙中流体的流动。流动。1圆管中的流动圆管中的流动粘度为粘度为 的流体在管中层流流动。的流体在管中层流流动。速度分布函数：速度分布函数：14体积流率体积流率Q：152平行圆板中的流动平行圆板中的流动如右图所示，流动为稳如右图所示，流动为稳定的层流流动。由于上定的层流流动。由于上下外

11、表是静止的，故下外表是静止的，故U1=U2=0，由公式，由公式4可直接得到流速分布可直接得到流速分布1( )2dpu yy hydr (16)流体流过环状流体流过环状间隙的流率为间隙的流率为02hQurdy积分上式可得到流率的计算公式：积分上式可得到流率的计算公式：312216lnhQppr r将将16代入上式，分别变量得：代入上式，分别变量得：22110rhprpdrQy hy dydpr 173圆环隙中的流动圆环隙中的流动作往复运动的轴与密封件之间的间隙可以看作轴对作往复运动的轴与密封件之间的间隙可以看作轴对称环形间隙，如上图。由于环隙高度沿着整个圆周称环形间隙，如上图。由于环隙高度沿着整个圆周方向方向Z方向是固定不变的，那么方向是固定不变的，那么0,0hpzz方程式13中各变量仅与x有关：36dh dpdhUdxdxdx将上式进展积分得：36h dpUhCdx假定 为 处的环隙高度，那么由上式可得到*h0dpdx*6CUh 3*6 ()h dpU hhdx1819设Q为体积流率，b为环隙的周向长度，那么*022hUhQQUdyhbU