Study of Interconnected Physical Processes in the Magnetic Fluid Sealer
Închide
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
71 0
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
62-185.7 (1)
Inginerie. Tehnică în general (2186)
SM ISO690:2012
НЕСТЕРОВ, Сергей; СТРАДОМСКИЙ, Юрий; БЕЛОВ, Владислав. Study of Interconnected Physical Processes in the Magnetic Fluid Sealer. In: Problemele Energeticii Regionale. 2021, nr. 3(51), pp. 1-9. ISSN 1857-0070.
10.52254/1857-0070.2021.3-51.01
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 3(51) / 2021 / ISSN 1857-0070

Study of Interconnected Physical Processes in the Magnetic Fluid Sealer

Investigarea proceselor fizice interconexate într-un ermetizator magnetofluidic

Исследование взаимосвязанных физических процессов в магнитожидкостном герметизаторе


DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.01
CZU: 62-185.7
Pag. 1-9

Нестеров Сергей, Страдомский Юрий, Белов Владислав
 
Ивановский государственный энергетический университет
 
Disponibil în IBN: 1 septembrie 2021


Rezumat

The purpose of this work is creation of an interconnected numerical model of the magnetic and hydrodynamic fields of the ferrofluid sealer to analyze the effect of centrifugal forces during shaft rotation on the retained pressure drop. The set goal was achieved by selection of the necessary equations, boundary conditions, assumptions and properties concerning the ferrofluids when building a numerical model of the sealer gap in the Comsol Multiphysics simulation environment. The important results of the work were the obtained and analyzed distributions of the magnetic field and pressure field in the ferrofluid, the evaluation results of the of the effect of centrifugal forces arising during the shaft rotation, on the pressure drop held by the sealer. It was shown that with a shaft radius of up to 50 mm and speed up to 3000 rpm, the change in the retained pressure drop was insignificant, and it was up to 2 % of the values with a stationary shaft. Significant manifestation of centrifugal force for the investigated shaft radii began at 6000 rpm. It was shown that the decrease in the retained pressure drop with an increase in the working gap was associated with the decrease in the magnetic field gradient. The significance of the results consisted in the possibility of using the developed model for the study of the ferrofluid sealer gap processes. Comparison with the data obtained using the analytical formulas showed that the latter overestimated the retained pressure drop.

Scopul lucrării este de a crea un model numeric interconexat al câmpurilor magnetice și hidrodinamice ale unui etanșant magnetic-lichid pentru a analiza efectul forțelor centrifuge în timpul rotației arborelui asupra căderii maxime de presiune reținute. Acest obiectiv este atins prin alegerea ecuațiilor necesare, a condițiilor de limitare, a ipotezelor și a proprietăților fizice ale fluidului magnetic atunci când se construiește un model numeric al decalajului de lucru al docului în mediul de modelare a elementelor finite Comsol Multiphysics. Rezultatele importante ale lucrării sunt distribuțiile obținute și analizate ale câmpului magnetic și ale câmpului de presiune în fluidul magnetic, rezultatele evaluării influenței forțelor centrifuge care apar în timpul rotației arborelui asupra căderii de presiune deținută de garnitura de andocare. Se arată că, cu o rază a arborelui de până la 50 mm în domeniul frecvenței de rotație de până la 3000 rpm, modificarea căderii de presiune reținută asociată cu efectele centrifuge este nesemnificativă și nu depășește 2% din valorile cu un ax staționar. O manifestare semnificativă a forței centrifuge pentru razele arborelui investigat începe de la 6000 rpm. Pentru un arbore cu o rază de 50 mm la o frecvență de rotație de 13500 rpm, fluidul magnetic se va desprinde de la suprafața arborelui și se va defecta agentul de etanșare. Semnificația rezultatelor constă în posibilitatea utilizării modelului numeric dezvoltat în studiul proceselor fizice corelate în decalajul de lucru al etanșantului magnetic-fluid al arborilor rotativi.

Целью работы является создание взаимосвязанной численной модели магнитного и гидроди-намического полей магнитожидкостного герметизатора для анализа влияния центробежных усилий при вращении вала на максимальный удерживаемый перепад давления. Поставленная цель достигается за счёт выбора необходимых уравнений, граничных условий, допущений и физических свойств магнитной жидкости при построении численной модели рабочего зазора герметизатора в среде конечно-элементного мо-делирования Comsol Multiphysics. Важными результатами работы являются полученные и проанализиро-ванные распределения магнитного поля и поля давления в магнитной жидкости, результаты оценки влия-ния центробежных усилий, возникающих при вращении вала, на удерживаемый герметизатором перепад давления. Показано, что при радиусе вала до 50 мм в диапазоне частоты вращения до 3000 об/мин измене-ние удерживаемого перепада давления, связанное с центробежными эффектами, незначительно и не пре-вышает 2 % от значений при неподвижном вале. Значительное проявление центробежной силы для иссле-дованных радиусов вала начинается с 6000 об/мин. Для вала радиусом 50 мм при частоте вращения 13500 об/мин произойдёт отрыв магнитной жидкости от поверхности вала и пробой герметизатора. Показано, что снижение удерживаемого перепада давления с ростом величины рабочего зазора в основном связано с уменьшением градиента магнитного поля в зазоре герметизатора, а конструкция магнитожидкостного герметизатора с зубцами на валу имеет повышенную герметичность за счет использования центробежных сил. Значимость результатов состоит в возможности использования разработанной численной модели при исследовании взаимосвязанных физических процессов в рабочем зазоре магнитожидкостного герметиза-тора вращающихся валов. Проведённое сравнение с данными, полученными по упрощенным аналитиче-ским формулам, показало, что они завышают удерживаемый перепад давления и это необходимо учиты-вать при проектировании новых устройств.

Cuvinte-cheie
magnetic fluid, magnetic fluid sealer, pressure drop, Numerical simulation, Comsol Mul-tiphysics,

fluid magnetic, etanșare magnetică, cădere de presiune, simulare numerică, Comsol Multiphysics,

магнитная жидкость, магнитожидкостный герметизатор, перепад давления, численное моделирование, Comsol Multiphysics