1、 PDF外文：http:/ - 1 - 中文 9638 字 出处： International Journal of Thermal Sciences, 2009, 48(4): 781-794 英文文献翻译 国际热科学杂志 48（ 2009） 781-794 端面机械密封装置的热传递 No.lBrunetire， BenotModolo 摘要 本文运用 CFD，对一个用于实验的的受内压端面密封装置的热传导进行了数值分析。这种构造类似于存在于静止的和旋转的圆盘及旋转的侧壁之间的层流。通过一系列的仿真，作者提
2、出一个整体努塞尔系数，用于描述旋转圆环和静盘 数的相关性。努塞尔数是流体的雷诺功能数和普朗特数，以及流体与材料导热系数比例三者的函数。最后的结论认为在热源位于转子和定子的接触处，并取决于固体温度分布。该冷却油流似乎不影响塞尔系数。数值计算结果通过与采用红外线照相机对实验密封装置测试的结果比较，得到验证。 关键词：对流换热 ；红外热像，转子 -定子 ；端面机械密封 ；CFD（计算流体动力学） 1.引言 端面机械密封用于密封旋转机械中的受压流体，如泵，压缩机和搅拌机，由于存在压力，温度和速度，因而不能使用弹性体密封。这些密封装置通常是由安装在轴上的旋转部分
3、和固定在箱体上的静止部分组成。这两个部分是由弹簧行动和受压液保持接触（图 1）。取得了良好的经营条件时，当密封面被润滑油膜（很薄，微米图 1.端面机械密封模型 英文文献翻译 级）部分的分开时可达到良好的工作状况，此时避免了摩擦并将渗流率限制在可接受的范围。 符号表 Cp 液体比热 JKg-1 -1 2Re rr 局部雷诺数 RmCw 因次质量流率（冷却流） Ri 静环内径 m RmCwc c因次质量流率（离心诱导流） R0 动环外径 m RHG差比 T 温度 H 轴向间
4、隙 m Tinlet密封腔入口油温 k 流体热导率 Wm-1 -1 rVrU ,径向，周向流速 Kr， ks 转子、定子热导率 m-1 -1 Z 轴向坐标 m m 质量流量的冷却流 kgs-1 希腊字符 cm 离心作用引起的质量流 kgs-1 m， t 动量厚度和热边界层厚度 m TkqrNu 局部努塞尔数 T=T-Tinlet流体温升 kT RqNu avavav 全局努塞尔数 流体粘度 Pas q 顶热通量 Wm-2 流体密度 Kgm-3 P 密封端面消耗的功率 W 角速度 rads-1 kCpPr普朗特数 &nb
5、sp;下标 r 径向坐标 m av 平均面积 R 动环的内径 m r 转子 2Re R 雷诺数 S 定子 Lebeck 在文献 1指出，机械端面密封性能受热分布的影响和受任何其他因素影响的程度是一样的。事实上，由于密封面的粘性摩擦和粗糙面接触造成的能量消耗，使得液体油膜和相邻固体的温度急剧升高 2,3。因此，流体粘度变化，密封环的热变形和可能的相变会使润滑状况发生改变。对这些变化的可能导致密封泄漏率增大或密封失效。这就是为什么近数十年来有许多与热效应处理相关的研 究。文献 4作了一个简要回顾。这些文献的主要目的是根据理论方法来衡量或判
6、断密封面的温度。 Lebeck，在他的书中，对端面机械密封热传递进行了全面的描述，如图 1。因英文文献翻译 为密封处在复杂的环境，所以传热机制相当复杂。由于这种对环境的特点，传热路径是多重的，导致热流量计算的复杂。然而，在密封装置里产生热量的重要组成部分一般是通过对流传输接触附近的密封流体。文献 5中巴克的简化分析和文献 6中 Brunetiere 进行的数值研究使这一假设得到了证实。这表明，对于一个典型的结构，在密封面的两侧，热影响区长度是接触宽度 的大约两倍（例如接触半径）。所以，密封环周围的对流，在密封的热传递中是重要的部分。 在 90 年代初，一些
7、学者建议采用一个与端面机械密封尽可能相似的构造，获得经验性努塞尔数。文献 7中 Nau 认为，密封腔流是一个库埃特泰勒流。他建议使用由 Tachibana et al8和 Gazley9得到的公式，该两文献研究由旋转圆环的内面和静止圆环的外面组成环面中的热传递。文献 10对此类流动的热传递作了全面的概括。另一方面， Lebeck1建议用 Becker11中更有用的相关数，此相关数由对水箱中小直径的旋 转圆筒进行试验得到。但与端面机械密封中的太雷诺数相比， Becker 公式的适用范围很小 1。此外，端面机械密封还包含一个静环，前面的相关数显得不太合适。 1991 年， Doane 等 12首次
8、对机械端面密封的努塞尔数进行测量。他们对密封装置的固定部分研究，结果与 Reynolds 数相关 。几年后，飞利浦等在文献 13中，就一个密封装置的静环做了类似的实验。测量的努塞尔数接近 Gazley 9 and Becker 11所得的相关数，从而验证了 Nau 7 and Lebeck 1的建议 。两数年之后，这 些作者 14进行了对其实验装置的传传递和流体流动的数值模拟。这种做法，与实验得出的结果非常一致，因而，作者可以获得更充分的沿浸润表面的局部努塞尔 t 数 。与此同时， Lebeck， Nygren， Shirazi 的提出了关于机械密封及周腔热传递实验的和数值的结果 16。他们强
9、调，旋转环的努塞尔数和 Becker 的 公式 11非常吻合。所有提到的文献是针对湍流。当密封流体是一种高粘度矿物油，流动体是层状的，就像Luan and Khonsari 在 17中所述。 在他们的数值研究中， Luan 和 Khonsari 只分析流体流动，尤其是密封中轴向冷却流和由角运动诱发的环泰勒流的相互作用。 以往所有的研究针对端面机械密封热传递，没有研究者着手研究努塞尔数的相关性。此外，研究者用他们的研究结果与由均匀加热的旋转圆筒中流体的经验公式进行比较。这与端面机械密封有着非常大的差别，端面机械密封的热源在密封面处。因此，努塞尔数还取决于在密封环的温度分布，这是一个关于材料性能的函数。此外，还没有学者对内压端面机械密封进行研究，这种密封液位于旋转轴和密封环之间的技术很没有广泛应用。目前研究的目标是对端面机械密封进行数值分析，并在
