机械工程学报

作者：马学忠, 崔元召

单位：兰州理工大学石油化工学院 兰州 730050

关键词：高速机械密封,温度可控性,冷却通道,热流体动力润滑,热混合效应强化；

基金：国家自然科学基金(52465022, 52005236)、甘肃省自然科学基金(22JR5RA289)和兰州理工大学红柳优秀青年人才支持计划(02/062205)资助项目。

为实现高速下密封温度的可控性，增加微尺度润滑液膜汽化裕度，应用ANSYS Fluent建立了端面引流槽-环槽冷却通道机械密封的热流体动力润滑(THD)模型，研究并讨论了槽区冷热流体的流动特性及其对液膜温度的影响，揭示了热混合效应强化机理，分析了结构尺寸与工况参数对密封性能的影响规律。结果表明：引流槽与环槽连通后消除了引流槽槽根壁面的阻碍作用进而避免了流体流动死区的出现、流通能力增强，从而显著强化了外径侧低温流体与内径侧高温流体的混合流动。这使得密封冷却能力显著提升，从而有效降低了润滑液膜与密封端面的温度，较低的液膜温度下流体粘度损失更小从而具有更强的动压效应与更大的下游泵送能力，密封承载性能与摩擦学性能大幅提升。转速越大热混合效应强化程度越高，转速为20 000 r/min时液膜与端面温度降低约15 K、温升降低约36%，显著增加了低压内径侧高温液膜的汽化裕度，同时液膜开启力提高约30%。冷却通道深度最优值为50 μm，此时热混合效应强化水平、冷却能力与密封性能综合最优。这可在高速工况下显著提升液膜的汽化裕度、限制端面热变形，对高速机械密封的优化设计提供了科学依据。

来源：2025年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

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