任意面形状を有する非接触シールの静及び動特性の解析手法の開発

任意表面形状非接触密封件静动态特性分析方法的开发

• 批准号: 22K03990
• 负责人: 田浦 裕生
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03990/
• 关键词: 回転体の振動; 非接触シール; 動特性; 回転機械; 表面テクスチャ

本研究は，シール面により複雑なテクスチャが付与された非接触シールを比較的短時間で適当な精度で解析する手法の確立し，設計ツールとして使用可能なものにすることを最終目標としている．これを実現するため，シール面には複雑形状のディンプルが配置されているものとし，テクスチャの一部分に着目し，この部分だけを切り出して，さまざまな状況下における流量特性を，数値流体力学（CFD）や実験などを使用して，あらかじめ解析する．こうして得られた流量特性に基づき，シール面を平滑面とし，テクスチャ形状にこだわらずに非接触シール全体の静および動特性を容易に解析するものである．この目標を実施するため，具体的には，①テクスチャを有する狭い流路のすきま流れの流量特性の数値解析，②①の実験的な検証，③非接触シールの漏れ流量および動特性の解析手法の構築，④非接触シールの漏れ流量および動特性の実験的検証を行うものである．本年度は，①について，フリーのCFDソフトウェアであるOpenFOAMを用いて，微小ディンプルの流量特性の計算手法の確立を行った．ディンプル形状は四角穴とし，深さを変化させて系統的な解析を行った．②については，計算結果を検証するための実験装置の試作および組み立てを行った．性能確認のため，基本形状での予備準備を行った．③については，①で作成される予定のデータベースに基づいて，非接触シール全体の漏れ流量および動特性（具体的には液膜のばね係数，減衰係数，付加質量係数）を計算するプログラムを作成した．

这项研究的最终目的是建立一种方法，用于在相对较短的时间内用相对较短的时间且准确性地分析具有复杂纹理的非接触式密封件，使其可用作设计工具。为了实现这一目标，在密封表面上排列了一个复杂的酒窝形状，并专注于纹理的一部分，仅切出该部分，并使用计算流体力学（CFD）和实验在各种情况下在各种情况下分析流动特性。基于以这种方式获得的流速特性，密封表面是光滑的表面，并且可以轻松地分析整个非接触密封的静态和动态特性，而无需特别介绍纹理形状。为了实现这一目标，我们将特别实施1）对具有纹理的狭窄流动路径中间隙流的流量特性的数值分析，2）实验验证1）实验验证，3）构建一种分析方法，用于泄漏流的泄漏流量和动态特性，以及4）4）实验泄漏流量和动态特性的非构件密封件的实验验证。今年，对于①，我们建立了一种使用免费CFD软件OpenFOAM计算小酒窝的流量特性的方法。凹痕是一个方孔，更改深度以进行系统分析。关于②，我们进行了原型和组装的实验设备，以验证计算结果。进行初步准备以基本形状确认表现。关于③，创建了一个程序，以根据计划在①中创建的数据库来计算整个非接触密封的泄漏流量和动态特性（具体来说，弹簧系数，阻尼系数和液体膜的其他质量系数）。