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1. 研究目的与意义

目的是完成气体端面微孔机械密封变深度排布的摩擦学性能研究，主要涉及到利用Fluent软件仿真求解机械密封微孔分别为等深和阶梯变深分布条件下的开启力，摩擦力及泄漏量等性能参数的变化情况，获取微孔深度变化的规律，并考察当工况条件变化时两种条件下的规律改变情况。

意义是通过Fluent作为研究端面液膜方程的工具，与理论计算获得的数值比较，误差很小，完善端面密封的物理模型和理论模型，有效指导了设计参数的选择，之前的研究大都是端面微孔为等深排布的研究，而这个项目还研究了阶梯变深的研究并进行对比获得一些规律，大大丰富了端面机械微孔密封的研究。

2. 国内外研究现状分析

端面微孔机械密封是一种新型机械密封技术，它是在普通机械密封的端面上加工出微米级的小坑孔，具有良好的润滑性能和密封性能，已在石油化工行业用泵上获得了成功应用。

端面微孔机械密封起源要追溯到上世纪80年代末，首先kanenko于1989、1990年分别对密封材料上微孔的静压、动压效应作了研究。接着estion于1994年对端面部分具有微孔材料的密封性能和动力学特性进行了研究；1996年对具有规则半球形微孔的机械密封模型进行了研究；1997年对提高激光加孔端面机械密封的寿命进行了实验研究；1999年对激光刻槽机械密封机理进行了理论分析和试验研究；2002年对端面部分微孔机械密封静压效应进行了研究。与此同时其他研究者也对其产生了浓厚的兴趣并做了大量的研究，如2001年wang等研究了激光加工微孔碳化硅摩擦副在水润滑情况下，从流体动压润滑过渡到混合润滑状态的临界载荷；2001年kligerman发现把微孔机械密封应用到气体密封领域也是非常可取的。目前，国内只有于新奇在2004年对端面开全孔的微孔端面机械密封性能进行了较为详细的研究。

端面微孔机械密封理论研究目的是查明端面微孔机械密封的机理，获得操作参数和结构设计参数对密封性能的影响规律，为其工业应用提供理论支持；重点是确定端面间压力分布，进而来获得其它密封性能参数。最早的理论研究源于1989、1990年kanenko关于多孔材料环形平面密封的研究，结果表明密封材料上的微孔对动力学系数有很明显的影响，与实体端面密封相比，在相当的主阻尼的情况下，其主刚度项较大、交叉耦合刚度较小。并且这种趋势随着多孔材料的厚度的增加越发明显。1994年estion对具有微孔材料的机械密封做了研究，他结合前人的经验采用解析法获得了密封端面间的压力分布、泄漏率和动压系数。研究结果表明该密即使在端面互相平行的情况下液膜也具有正的轴向刚度，而对于无孔实体端面密封就没有这种刚度，但前者的泄漏率比后者的要高。与锥面机械密封相比，发现该密封具有更高的临界速度、更好的轴向追随性、更低的横向摆动刚度（降低了58%）、更小的阻尼系数。1996年estion建立了具有规则分布半球形微孔机械密封的物理模型，通过求解雷诺方程获得了端面间压力分布规律，然后在一定初始条件下预测了密封性能指标(包括开启力、摩擦力矩、泄漏量)。研究表明选择合适的微孔尺寸对密封性能相当重要。最佳微孔尺寸取决于液体的粘度、压力以及微孔面积密度，一般来说，在粘度较低、压力较高微孔面积密度较小时最优的微孔尺寸减小；并且指出微孔密度最好不超过20%，当超过这个值时，密封性能提高就不明显了。1999年estion对激光加工微孔端面机械密封机理进行了理论分析，首先建立其理论模型（圆柱形微孔），然后采用有限差分法进行数值计算，预测操作条件与开启力之间的关系，并对参数优化，使密封面的开启力和液膜刚度达到最大，发现微孔密度与密封端面的半径比对平均压力影响很小，另一方面孔深与孔径的比值对平均压力影响很显著，微孔形状为半球形时性能最差，还发现微孔效应很大程度上取决于动压效应和静压效应之间的联系，如果静压效应占主导，则空化现象不是被完全消除了就是被约束到孔的一小部分，从而孔的效应就没有了，该密封就变成传统的没有孔的密封了；如果静压效应相对于动压效应非常小，则其密封性能与传统的没有孔的密封相比有了显著的提高。2002年estion对激光加工微孔机械密封进行了研究，与之前不同的是该机械密封的静环表面只有部分环形区域有微孔。与之前类似首先还是求出端面间静压分布的表达式，然后在假定初始条件的限定条件下，定性地分析了对静压分布影响最大的3个参数α、sp、ε/δ之间的相互影响关系。其中α为开孔环形区与整个环形区的宽度比值、sp为微孔密度、ε为微孔深径比、δ机械2006年第9期总第33卷综述11为密封副的间距与直径比。为获得该类密封装置的设计参数提供了很重要的理论依据。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

通过查阅国内外文献，介绍端面微孔机械密封的基本原理,特点及目前研究的一般方法，具体介绍端面微孔机械密封摩擦学性能研究的基本情况及主要问题。利用fluent对深度不变微孔排布条件下进行仿真模拟，考察微孔深度的影响规律；利用fluent对深度渐变微孔排布条件下进行仿真模拟，考察微孔变深度的影响规律，并与深度不变微孔排布进行对比研究。

研究计划：

4. 研究创新点

基于Fluent的气体端面微孔机械密封变深度排布性能研究，把深度不变与深度渐变排布的规律进行对比研究，利用Fluent软件也更全面,准确,直观。