Multi-objective Optimization Study on Parameters of a Novel Labyrinth-fingertip Composite Seal Structure Based on Taguchi Design

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 14

فایل این مقاله در 17 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JAFM-19-9_018

تاریخ نمایه سازی: 14 مرداد 1405

چکیده مقاله:

This paper proposes a labyrinth-finger seal designed for high-pressure differential and high-speed operating machinery, with an emphasis on its thermal-fluid behavior and multi-objective optimization. A two-dimensional axisymmetric numerical model is established. In this model, the upstream labyrinth teeth are simulated using conventional flow modeling, and the downstream finger section is modeled as a porous medium and solved with the RNG k-ε turbulence model. Frictional heat generation at the contact interface between the finger boot and rotor is incorporated. Leakage rate and peak temperature are adopted as evaluation metrics. Single-factor sensitivity analysis is first conducted to identify the dominant geometric parameters, specifically, tooth radial clearance, rear shield protection height, and number of finger plates. Subsequently, an L۲۵ orthogonal array based on the Taguchi method is constructed to perform multi-objective optimization of six key factors. Results indicate that within the pressure differential range of ۰.۱۰–۰.۵۰ MPa and rotational speeds of ۹,۰۰۰–۲۱,۰۰۰ r/min, the optimized configuration achieves a leakage reduction of approximately ۵۰% and a peak temperature decrease of ۶–۱۰ K. Flow field analysis revealed that leakage suppression arises from a synergistic mechanism: throttling energy dissipation at the labyrinth teeth combined with compliant flow restriction at the fingertip. Validation against published experimental data yields deviations within ۱۰%, confirming the effectiveness of the combined CFD-Taguchi optimization approach. This methodology offers practical guidance for the engineering design of high‑performance composite seals.

نویسندگان

H. W. Ma

Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming ۶۵۰۵۰۰, China

M. H. Liu

Oxbridge College, Kunming University of Science and Technology, Kunming ۶۵۰۵۰۰, China

J. Wang

Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming ۶۵۰۵۰۰, China

D. H. Gu

Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming ۶۵۰۵۰۰, China

K. K. Huang

Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming ۶۵۰۵۰۰, China

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Braun, M. J., Hendricks, R. C., & Canacci, V. A. ...
  • Bai, H. (۲۰۰۸). Experimental study and numerical simulation of sealing ...
  • Cao, J., Ji, H., Jin, F., & Cao, G. (۲۰۱۱). ...
  • Cao, J. (۲۰۱۲). Numerical Study on Leakage and Lift Characteristics ...
  • Gu, D., Wang, J., Liu, M., & Lei, J. (۲۰۲۵). ...
  • He, Y. (۲۰۲۳). Optimization Design and Characteristic Analysis of Liquid-Cooled ...
  • Li, H., Zhang, G., Huo, W., & Tang, X. (۲۰۲۴). ...
  • Li, W., Han, W., Li, Z., Li, R., & Zhang, ...
  • Li, W., Li, Z., Han, W., Li, R., & Zhang, ...
  • Li, W., Li, Z., Han, W., Li, D., Yan, S., ...
  • Pan, J., Zhang, J. H., Sun, D., Zhou, K., & ...
  • Qiu, B., Li, J., & Feng, Z. (۲۰۱۵, June). Investigation ...
  • Su, H., Shi, J., & Zhou, W. (۲۰۲۲). Study on ...
  • Wang, X., Liu, Z., Li, N., Hu, T., Zhou, K., ...
  • Wang, Q., Hu, Y., & Ji, H. (۲۰۱۷). An anisotropic ...
  • Wei, Y., Chen, Z., & Jiao, Y. (۲۰۱۴). Numerical Study ...
  • Zhang, Y., Li, J., Xie, Z., & Deng, G. (۲۰۲۲). ...
  • Zhang, T., Li, D., & Li, Y. (۲۰۲۲). Structural Design ...
  • نمایش کامل مراجع