三維粗糙表面的表征及其氣體密封性能研究.pdf

1、閥門是石油、化工、電站、長輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的流體控制設(shè)備。隨著閥門使用條件的日益嚴(yán)酷，其耐久性和可靠性越來越被人們所重視。例如，在航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的高壓靜密封閥門，往往要適應(yīng)大溫度跨度，寬壓力范圍以及高真空等嚴(yán)酷環(huán)境。因此，在滿足各方面高參數(shù)新要求的同時(shí)，如何做到更好地提高密封性能、可靠性及降低成本成為閥門行業(yè)密切關(guān)注的問題。 對(duì)于靜密封閥門的研制，除了必須遵守有

2、關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合理地進(jìn)行宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確保工藝質(zhì)量外，尋找密封接觸表面的微觀粗糙形貌與泄漏量的關(guān)系也成了提高其密封性能的重要渠道。 本文從三維粗糙表面形貌的表征入手，介紹了現(xiàn)階段比較先進(jìn)的兩種微納米表面測(cè)量技術(shù)一掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)，并對(duì)幾種不同加工方式所得的粗糙表面進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量。 隨機(jī)粗糙表面的計(jì)算機(jī)生成是研究表面微觀形貌功能效應(yīng)的基礎(chǔ)。本文在分析歸納前人有關(guān)三維表面形貌的數(shù)字模擬研究成果的基

3、礎(chǔ)上，利用基于AR模型的數(shù)字濾波技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)模擬生成具有指定自相關(guān)函數(shù)的粗糙表面，用自相關(guān)函數(shù)來控制以獲得不同加工紋理特征的高斯分布表面。 粗糙表面形貌對(duì)氣體密封效果的影響是本文重點(diǎn)研究的問題。文中以氣體在微納米粗糙間隙的流動(dòng)理論為分析工具，模擬一對(duì)密封副的局部模型，利用計(jì)算機(jī)模擬表面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，采用平均流動(dòng)模型進(jìn)行編程計(jì)算，得出紋理方向、表面粗糙度均方根等表征參數(shù)在最小名義氣體膜厚不斷變化時(shí)對(duì)流量因子和粗糙面承載力的影響，