磁性液体工作温度高于汽化温度时不仅会导致磁性液体的表面活性物质受损,还会引起磁性液体汽化。为探讨磁性液体密封中磁液的温度特性,基于数值计算和试验验证相结合的方法,研究磁性液体旋转密封的转速、轴径和温度的关系,并分析磁性液体工作温度高于汽化温度时的相变过程。结果表明:磁性液体旋转密封的温度最大值出现在与轴表面相接触的位置,最小值出现在与极齿底部相接触的位置;随转速和轴径的增大,磁液温度最大值均升高,当两工况轴径与转速乘积相等时,磁性液体的温升值相同;当磁性液体温度高于其汽化温度时,与外界相通靠近轴表面附近的磁性液体最先发生相变,相变面积呈现抛物线形状向内扩散,且相同工作温度下,磁性液体的相变体积分数随轴径增大而降低。

以常规磁流体密封装置为研究对象,考虑极齿的机械加工倒角影响,对比分析了矩形、单侧斜角和双侧斜角极齿倒角前后的耐压特性。研究结果表明不考虑倒角影响时,矩形极齿、单侧斜角极齿和双侧斜角极齿密封压力理论值分别为0.218 MPa、0.235 MPa和0.224 MPa,矩形和双侧斜角形极齿理论密封压力接近,单侧斜角形理论密封压力最大。考虑倒角影响时,随着倒角半径的增大,矩形极齿理论密封压力近似呈指数递增;单侧斜角极齿理论密封压力先缓慢增大,后近似线性递增;双侧斜角极齿理论密封压力缓慢增大。矩形极齿理论密封压力对倒角变化最为敏感,单侧斜角形极齿次之,双侧斜角形极齿影响较小。这些规律为磁流体密封装置中极齿的实际加工对密封性能的影响提供理论参考。

以水轮机主轴为研究对象,在有限密封段条件下,利用电磁学原理构建水轮机主轴磁流体密封装置的磁路模型,得到密封压力与磁流体密封磁极角、极齿高度、极齿宽度和极齿槽宽的关系,然后进行数值分析与试验验证。研究结果表明,随着磁极角、极齿高度和极齿槽宽的增加,密封压力呈抛物线变化,磁极角在45°、极齿高度和极齿槽宽在10倍间隙值处取得极大值;随着极齿宽度的增加,密封压力线性减小;随着水轮机主轴转速的增高,离心力对间隙内磁流体扰动不断加剧,甚至造成密封失效。

设计了一种大轴径两级真空磁流体密封装置,并在可变转速和径向间隙下测试其密封性能。利用ANSYS磁场有限元分析软件对不同极靴结构、径向间隙下的磁场强度进行数值计算,确定出具有最佳聚磁效果的极靴结构和密封间隙。基于计算结果设计了试验装置,采用饱和磁化强度分别为30.66 kA/m和41.75 kA/m的两种磁流体进行试验,转速可以在0~6000 r/min范围内调节,径向间隙取0.3 mm、0.5 mm和0.7 mm三种。结果表明,楔形极靴聚磁效果更好,可以大幅提高间隙内的磁感应强度;高饱和磁化强度的磁流体密封性能下降发生在低速区而低饱和磁化强度的磁流体密封性能下降发生在高速区;间隙对大轴径密封性能影响较大,尤其在高速工况下,0.7 mm间隙的密封结构密封时间仅为45 min左右。

磁性液体密封是一种新型密封方式,具有零泄漏、无污染、寿命长和可靠性高等优点,广泛应用于干式罗茨真空泵、反应釜、船舶尾轴和旋转式血泵等密封领域。目前,磁性液体密封技术在气体、真空条件下的应用已趋于成熟,但在液体密封方面起步较晚,存在密封界面稳定较差、磁性液体乳化失效等一系列问题。因此,基于磁性液体在液体密封领域的研究及应用现状进行归纳总结,从而为磁性液体在液体密封领域发展提供理论参考。

为探讨磁流体密封极齿参数对磁流体热特性的影响,利用传热学理论构建磁流体密封装置的传热计算模型,研究不同转速下密封间隙、极齿宽度、极齿槽宽度和极齿高度与磁流体温度的关系。在磁流体密封实验台上研究密封间隙、极齿宽度、极齿槽宽度和极齿高度对磁流体温度的影响,并利用模型计算结果对试验结果进行了验证。试验结果表明:随着密封间隙和极齿高度的增加,磁流体温度逐渐减小,呈负指数变化趋势;随着极齿宽度的增加,磁流体温度线性增加;随着极齿槽宽度的增加,磁流体的温度基本不变;密封间隙对磁流体温度影响最大,其次是极齿宽度和极齿高度,极齿槽宽度对磁流体温度基本没有影响。研究表明,在一定范围内适当增加密封间隙和极齿高度,适当减小极齿宽度,可以在一定程度上减小磁流体的发热量,提高磁流体密封装置寿命。

水轮机轴部应用磁性液体密封时,存在密封转速低、不稳定等现象,密封液体流场特性对密封失效有重大影响.基于数值计算的方法,对比了磁性液体动、静密封时密封液体的流场特性,并进行了实验验证.结果表明,密封压力对密封液体流场影响较小,轴转速对密封液体流场影响较大.该结论可为设计水轮机主轴的磁性液体密封装置提供理论指导.

磁流变液(Magneto Rheological Fluid,MRF)是近半个世纪前出现并发展至今的一种新型智能材料,通常由微米级磁性颗粒、基载液、添加剂三部分组成,未施加磁场时呈现出液体的自由流动状态,施加磁场时可在毫秒级时间内转换为具有类固态相的结构。目前众多磁流变液的流变特性、分散稳定性等较差,直接影响磁流变装置的应用效果。总结了磁流变液各组成成分对其流变特性、分散稳定性的影响,并讨论了磁流变液在阻尼器上的应用,从而为优化磁流变液的性能及其在阻尼方面的应用提供指导。

核主泵动静叶栅的参数匹配对水力性能有显著影响。为了提高核主泵整机效率,本文基于动静叶栅几何参数的匹配关系,采用正交试验方法,选取调控比面积的三因素及三水平,探讨比面积对泵水力性能的影响机制;基于各因素平均值,综合考虑叶轮和导叶几何参数及其交互作用对扬程、效率影响的显著性,确定最优组合方案。研究表明：比面积对扬程和效率影响显著,ξ取0.835时,动静叶栅几何参数达最优匹配度,此时扬程和效率均达峰值点。导叶叶片前缘区域,ξ对液流速度的影响较显著,导叶内部速度值呈线性下降趋势时,导叶叶片对液流的控制力较强。当ξ取0.835时,CFD验证导叶水力损失达最小值。获得最佳比面积ξopt为0.835,动静叶栅内部水力损失最小,提高了核主泵整机性能。研究结果为核主泵动静叶栅水力设计,提供了理论依据。

为改进射流式自吸喷灌菜的性能,设计了一种带不对称出口导流器的射流式自吸喷灌菜并进行了样机试验. 试验结果表明：带不对称出口导流器的射流式自吸喷灌菜性能达到设计要求,对比同参数自吸菜（本田菜）其外特性参 数有明显优势,同时其自吸时间相对于原带对称出口导流器的射流式自吸喷灌菜有了大幅下降.