机械工程学报

作者：胡琼, 肖洋, 卢迪, 曹志康, 王晓雷, 王衍, 武扬, 何一鸣

单位：1. 江苏海洋大学机械工程学院 连云港 222005;2. 南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室 南京 210016

关键词：液膜密封,界面剪切,空化,高速,微流场；

基金：国家自然科学基金(52105187, 52275192)、连云港市博士后科研(LYG20220012)、江苏高校“青蓝工程”和江苏省研究生科研创新计划(KYCX2021-047)资助项目。

针对高转速下液膜密封空化区界面发生强烈波动导致密封失稳的问题,为寻找波动抑制方法,考察了微流道槽底面剪切条件对液膜空化流场特性的影响。选用Schnerr-Sauer空化模型,运用Laminar和转捩SST模型,对比研究了不同转速槽底面无滑移和无剪切条件下的开启力Fo、泄漏率Q、空化占比和空化区速度分布规律。结果表明:流动模型的选择(Laminar和转捩SST模型)对Fo和Q的影响可以忽略,但对空化影响十分显著;液膜空化泡在膜厚方向呈不规则曲面状,在槽区膜厚中部位置的轴截面空化面积占比最大,无滑移时向非开槽端面单侧减小,无剪切时向密封端面双侧减小;可分开判定非槽区和槽区流态,非槽区始终为层流,槽区在11 300 r/min以下为层流,高于11 300 r/min为转捩流,若存在局部区域流动因子9/16<ζ<1或有空化发生,均应采用转捩SST模型;槽底面进行超滑水改性,可显著提高Fo(15 000 r/min时提高51.6%),降低Q(1 000 r/min时降低2.8%),有效降低空化率(15 000 r/min时空化体积占比降低超过80%),提升空化临界转速(从4 000 r/min提升至7 000 r/min)及液膜稳定性(空化区速度波动减弱,且槽区湍流形成临界转速由4 000 r/min提升至11 300 r/min),并使空化随转速的变化具有规律性、可预测性。此为提升液膜密封性能以及完善微流道流动理论和实现空化调控提供参考。

来源：2023年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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