迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法技术

本发明专利技术公开了一种迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法，具体涉及迷宫密封结构开槽尺寸优化设计领域。该方法根据实际迷宫密封结构，利用CFD仿真软件建立迷宫密封模型计算其流场及温度场，将环形密封圈的槽体深度、槽体宽度和槽体间距作为设计变量，利用曲面拟合确定最高温度及间隙流体阻力关于设计变量的显示函数关系式并进行无量纲化，以环形密封圈总密封长度作为约束条件，构建目标函数，建立环形密封圈槽体参数优化模型，基于移动渐近线方法优化环形密封圈槽体参数，确定环形密封圈槽体参数的最优值。本发明专利技术通过求解凸子问题不断逼近原问题的解，优化环形密封圈槽体参数，求解速度快，为迷宫密封结构的工业设计提供了有效依据。

【技术实现步骤摘要】
迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法
本专利技术涉及迷宫密封结构开槽尺寸优化设计领域，具体涉及一种迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法。
技术介绍
密封系统现已广泛应用于燃气轮机、泵和压缩机等透平机械中，密封系统中常见间隙环流，传动轴贯穿于设备内外与设备之间存在圆周间隙，导致设备中的介质通过该间隙向外泄露，现阶段多采用迷宫密封防止设备内部介质泄露。迷宫密封间隙内的流体进入空腔时形成漩涡，降低了流体的流动压力，具有较好的防泄漏效果，但因该过程中动能转化为热能，使得流体温度升高。由于液体无法同气体一样通过膨胀吸热，轴流速度相同时，液体产生的摩擦相比于气体大得多，摩擦引起流体和转子固体壁面温度升高，尤其是在高参数(高温、高压及高转速)环境下，转子和定子产生机械和热变形，机械和热变形又会反过来影响端面间的液体流动，其相互影响过程十分复杂。因此，亟需对迷宫密封结构开槽尺寸进行优化，提升迷宫密封结构的减租隔热性能，缓解高参数环境对迷宫密封结构的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提出了一种迷宫密封间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n步骤1，根据实际迷宫密封结构，利用计算流体动力学CFD仿真软件，建立由迷宫密封圈、转轴和间隙流体组成的迷宫密封模型，迷宫密封圈靠近转轴一侧设置有槽体，设置迷宫密封模型的结构参数及边界条件，计算得到迷宫密封模型的流场分布及温度场分布；/n步骤2，将环形密封圈的槽体深度、槽体宽度和槽体间距定义为环形密封圈槽体参数，根据迷宫密封模型的流场分布及温度场分布，利用曲面拟合，分别得到迷宫密封模型最高温度关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式，以及迷宫密封模型间隙流体阻力关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式；/n步骤3，对...

【技术特征摘要】
1.一种迷宫密封间隙环流的减阻隔热一体化优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，根据实际迷宫密封结构，利用计算流体动力学CFD仿真软件，建立由迷宫密封圈、转轴和间隙流体组成的迷宫密封模型，迷宫密封圈靠近转轴一侧设置有槽体，设置迷宫密封模型的结构参数及边界条件，计算得到迷宫密封模型的流场分布及温度场分布；
步骤2，将环形密封圈的槽体深度、槽体宽度和槽体间距定义为环形密封圈槽体参数，根据迷宫密封模型的流场分布及温度场分布，利用曲面拟合，分别得到迷宫密封模型最高温度关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式，以及迷宫密封模型间隙流体阻力关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式；
步骤3，对迷宫密封模型最高温度关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式以及迷宫密封模型间隙流体阻力关于迷宫密封圈槽体参数的显示函数关系式进行无量纲化处理，得到迷宫密封模型最高温度关于迷宫密封圈槽体参数的无量纲化函数关系式以及迷宫密封模型间隙流体阻力关于迷宫密封圈槽体参数的无量纲化函数关系式；
步骤4，将迷宫密封模型的环形密封圈槽体参数作为设计变量，以环形密封圈总密封长度作为约束条件，构建目标函数，建立环形密封圈槽体参数优化模型，如式(1)所示：



式中，x表示环形密封圈槽体参数，x1表示槽体深度，x2表示槽体宽度，x3表示槽体间距，x1、x2、x3单位均为mm；φ(x)表示将减阻性能和隔热性能一体化的目标函数，T(x)表示迷宫密封模型最高温度关于迷宫密封圈槽体参数的无量纲化函数关系式，f(x)表示迷宫密封模型间隙流体阻力关于迷宫密封圈槽体参数的无量纲化函数关系式；α表示减阻性能加权参数，β表示隔热性能加权系数；g(x)表示约束条件；zland表示环形密封圈出入口处的平地长度，单位为mm；nn表示环形密封圈中的槽体个数；L表示环形密封圈总密封长度，单位为mm；
步骤5，基于移动渐近线方法优化环形密封圈槽体参数，确定环形密封圈槽体参数的最优值，具体包括以下步骤：
步骤5.1，设置环形密封圈槽体参数为包括槽体深度槽体宽度槽体间距k为迭代次数，当迭代次数k＝0时，输入环形密封圈槽体参数中槽体深度、槽体宽度、槽体间距的初始值，以及收敛条件εe和各环形密封圈槽体参数的阈值范围；
步骤5.2，利用槽体深度、槽体宽度、槽体间距计算目标函数φ(x(k))以及目标函数φ(x(k))对槽体深度、槽体宽度、槽体间距的灵敏度再利用槽体深度、槽体宽度、槽体间距计算约束函数g(x(k))以及约束函数g(x(k))对槽体深度、槽体宽度、槽体间距的灵敏度
步骤5.3，通过设置上移动渐近线和下移动渐近线建立严格的凸逼近子问题，如式(2)所示：



其中，



式中，n为环形密封圈槽体参数总数，用于求取正的一阶导数量的和，用于求取负的一阶导数量的和；
针对各环形密封圈槽体参数的一阶导数按照一阶导数的符号划分上移动渐近线和下移动渐近线进入下次迭代循环前，对上移动渐近线和下移动渐近线进行修改，修改规则如下所示：...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小建，李玉坤，刘建林，李家亮，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37