航天用低温螺旋槽密封端面流场的相变研究

【作者】 郑娆； 赵汉元； 李双喜； 黄柏淇； 何猛；

【机构】 北京化工大学机电工程学院；

【摘要】 近年来,航天技术的发展对航天用机械密封提出了高转速、低温度的要求。密封端面流场常因高摩擦热、高动压效应发生相变,导致流体膜被破坏,端面磨损增加。严重时会使密封工作失稳,导致密封因端面磨损、变形而失效。因此,探究低温密封端面流场相变的成因与变化规律是十分有必要的。本文以螺旋槽密封为研究对象,针对低温机封在高速条件下的相变问题,考虑热效应与液膜空化效应建立了端面流场-传热有限元模型。分析了流场在不同转速和温度下的压力分布、温度分布与相变程度。讨论了转速、压差、进出口温度对相变程度的影响,并用文献对比的方法验证了模型。结果表明,随着密封转速的增加,流场动压效应增强,相变程度增加;随着介质压力的增大,相变程度有一定降低;随着介质温度的升高,流场的动压效应被削弱,相变程度大幅降低。当进口压力与进口温度满足一定的关系时,形成单相流,可以避免密封因相变导致的失效。分析结果具有较好的理论基础和可靠性,可以为航天密封技术的发展提供有效参考。更多还原