在机械工程领域,机械密封作为常用的密封手段之一,其性能直接影响着机械设备的安全稳定运行。机械密封环在工作过程中产生的摩擦热会导致密封端面温度升高,进而引发一系列问题,比如密封失效、密封环热变形及密封面磨损加剧等。因此,对机械密封环的温度场进行精确分析,对于预测和优化机械密封性能具有重要意义。 有限元法(Finite Element Method, FEM)是一种通过离散化连续体,将偏微分方程求解转化为代数方程求解的数值计算方法。这种方法能够有效处理复杂边界条件和不规则结构的热分析问题,是目前进行机械密封环温度场分析的重要手段。 在本次研究中,作者单晓亮和胡欲立利用Ansys软件,基于有限元法分析了机械密封环的稳态温度场。在建立温度场数学模型的过程中,研究者们做了一些基本假设,比如密封环结构的轴对称性、温度场的稳态性以及密封面间泄漏量小可以忽略等。这些假设简化了模型,有助于提高分析效率。 通过数学模型的建立和计算,研究者可以对密封环边界与周围介质的对流换热系数进行计算,并分析影响密封环温度场分布的关键参数。例如,主轴的转速、密封介质的压力和温度、密封面的摩擦系数等。这些参数的变化都会对密封环温度场产生重要影响。 为了解决对流换热系数计算的复杂性,研究者提出了一系列基于雷诺数和努赛尔常数的计算方法,并根据不同的计算场景提出了不同的公式。通过这些方法能够较为准确地得到对流换热系数的值,这对于后续的有限元分析来说是关键的输入参数。 此外,研究者还选取了三种材料组成了四对密封副,分析了不同材料性质对密封环温度场分布的影响。研究中利用的Ansys软件版本是8.0,这表明了在该版本之前的有限元分析软件已经能够对机械密封环的温度场进行有效的分析和计算。 这项研究通过有限元法,结合实际的工程假设和计算方法,对机械密封环的温度场进行了深入的分析和计算。这项工作不仅为理解机械密封环在不同工作条件下的热行为提供了参考,也为设计更为稳定可靠的机械密封系统提供了理论基础。通过采用先进的分析软件和计算方法,工程师和技术人员可以更有效地预测和控制密封环的热影响,从而提高整体设备的安全性能和使用寿命。
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