【摘要】：隨著各行業(yè)中的設(shè)備向著大型化、操作工況嚴(yán)苛化發(fā)展,設(shè)備的連接與密封面臨著愈加巨大的挑戰(zhàn)。墊片作為氣體密封中的常用密封件,其泄漏機(jī)理與泄漏預(yù)測的研究顯得愈加重要。盡管墊片密封有著十分簡單的工作原理,但是對其氣密性的控制卻并不容易,想要準(zhǔn)確有效的預(yù)測其在特定工況下的泄漏率是十分難以實現(xiàn)的�，F(xiàn)有的墊片研究更多集中在金屬墊片,對于非金屬墊片的泄漏研究往往沒有區(qū)分界面泄漏與滲透泄漏的區(qū)別,且模型中的參數(shù)往往依賴于實驗條件下得到的經(jīng)驗性參數(shù),這不利于從機(jī)理上分析墊片的泄漏情況。因此非金屬墊片的泄漏機(jī)理研究與預(yù)測模型的建立有著十分重要的意義。本文則主要針對非金屬墊片的泄漏情況進(jìn)行了機(jī)理研究與泄漏預(yù)測模型的建立。為了對非金屬墊片的微觀形貌進(jìn)行有效的描述,本文選擇對墊片材料切片進(jìn)行電鏡掃描(SEM),在對SEM圖像進(jìn)行二值化過程中,通過對多種自動閾值分割方法進(jìn)行比較討論,本文認(rèn)為現(xiàn)有閾值分割方法中,最大類間差方法(Otsu法)對非金屬墊片這種具有微納米孔隙結(jié)構(gòu)的材料有更好的適用性。結(jié)合分形多孔介質(zhì)輸運理論,本文對SEM圖像的二值化圖像采用盒計數(shù)法測定其重要分形幾何參數(shù):孔隙率、分形維數(shù)與迂曲度;并通過無標(biāo)度區(qū)間與圖像分割方法,對多孔材料的孔隙直徑進(jìn)行了測定。在滲透泄漏的研究中,由于非金屬材料具有微納米孔隙結(jié)構(gòu),其滲透泄漏的流道直徑尺寸非常小,其流動滑移效應(yīng)的討論不可避免。同時考慮到墊片具有載荷消除后能保持原始形狀的工作特性,本文假設(shè)非金屬墊片材料在受壓過程中為彈性形變,也即Hook定律適用,建立了考慮滑移效應(yīng)的非金屬墊片應(yīng)力敏感模型。通過與已有柔性石墨墊片的實驗結(jié)果進(jìn)行對比,模型的有效性得以驗證。由于考慮了孔隙尺寸分布,該模型的參數(shù)具有明確的物理意義,對于有效討論非金屬墊片的滲透泄漏機(jī)理是非常有價值的。此外,該模型還可用于其他具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的致密多孔介質(zhì)在應(yīng)力變形下的滲流研究。在界面泄漏的研究中,本文首先借助W-M函數(shù)對粗糙表面進(jìn)行了分形模擬,并討論了粗糙表面的分形維數(shù)與尺度系數(shù)對其形貌的影響。在界面泄漏的微孔通道建立中,本文將兩個粗糙表面間的接觸等效為剛性理想光滑平面與等效粗糙表面間的接觸,并通過ABAQUS進(jìn)行了載荷下的應(yīng)力位移模擬,借助分形多孔介質(zhì)輸運理論建立了有效的載荷條件下界面泄漏預(yù)測模型。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH136
【圖文】：

毒的氣體或液體，這給設(shè)備的連接與密封帶來了巨大的挑戰(zhàn)。而設(shè)備泄漏的事故更頻頻發(fā)生：1986 年 1 月 28 日，美國挑戰(zhàn)者號在升空后的第 73 秒解體，機(jī)上 7 名宇員全部罹難，事故是其右側(cè)固體火箭助推器的 O 型環(huán)密封圈失效因而外部燃料倉溫過高導(dǎo)致的；2008 年 12 月 24 日，河北省遵化市港陸鋼鐵有限公司 44 人煤氣中毒，中 17 人死亡、27 人受傷，這全是因為高爐泄爆板崩裂后煤氣從中泄漏而導(dǎo)致的；2年 8 月 31 日 11 時許，上海寶山區(qū)豐翔路 1258 號翁牌冷藏實業(yè)有限公司發(fā)生液氨泄事故，事故造成 15 人死亡、26 人受傷，其中 6 人危重；2011 年 3 月，福島縣兩座電站因里氏 9.0 級地震而發(fā)生反應(yīng)堆故障，其中一座反應(yīng)堆震后發(fā)生核蒸汽泄漏，此泄漏導(dǎo)致了大量的人員死亡和設(shè)備損壞，此次泄漏事故中放射性物質(zhì)的泄漏是最為重的，這對該電站周圍的人、動物、植物以至于整個生態(tài)環(huán)境都有著長期深遠(yuǎn)的影響正是由于氣體密封涉及多個科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在許多情況下，其直接關(guān)系到設(shè)的安全性和可靠性錯誤!未找到引用源。[1][2]，因此對于泄漏機(jī)理與預(yù)測的研究顯得十分有意義價值。

這與目前缺少有效的墊片泄漏機(jī)理模型針對墊片漏率的預(yù)測機(jī)理模型展開[2][5][6][7][8][9]，但有未有提出。因此，一個廣泛適用，且準(zhǔn)確有效的理論。烯、柔性石墨等非金屬材料，因具有較好的彈性變靜密封結(jié)構(gòu)中。在法蘭墊片的密封結(jié)構(gòu)中，密封介1-2 所示：其中一種是介質(zhì)直接從法蘭與墊片的接觸一種是介質(zhì)直接從墊片內(nèi)部固有的孔隙結(jié)構(gòu)泄漏流面泄漏是法蘭墊片密封結(jié)構(gòu)的主要泄漏形式，大約的相關(guān)研究對于法蘭墊片密封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用至關(guān)重要金屬墊片被用到了更多的高壓力、高載荷的工況之到了有效的減小，而滲透泄漏則顯得尤為突出，因此到了更廣泛的重視。

圖 1-3.非金屬墊片表面形貌及內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)圖法能夠用僅含有較少參數(shù)的簡單數(shù)學(xué)公式對十分復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)泛應(yīng)用到復(fù)雜的形貌描述中，非常適用于非金屬墊片的幾何形擇分形幾何理論作為研究非金屬墊片形貌的基礎(chǔ)。研究現(xiàn)狀預(yù)測模型研究現(xiàn)狀滑的理想表面對于任何精密的制造都是無法完成的，想要實現(xiàn)接密封件內(nèi)部的孔隙完全阻塞是不可能實現(xiàn)的事情。所以，在密供工質(zhì)流通的細(xì)微間隙或通道，界面泄漏與滲透泄漏是不可避與預(yù)測墊片的泄漏現(xiàn)象，相關(guān)的泄漏模型很早就有被提出。平行型和多孔介質(zhì)模型[10]是現(xiàn)有的三種主要泄漏模型形式。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2804383