多級刷式密封級間壓降分配直接影響刷式密封的封嚴(yán)特性和使用壽命,現(xiàn)有多級刷式密封結(jié)構(gòu)存在各級壓降不均衡導(dǎo)致密封提前失效的問題。本文建立多級刷式密封三維實體流固耦合求解模型,設(shè)計搭建多級刷式密封實驗裝置,在數(shù)值計算與實驗測試結(jié)果相互驗證的基礎(chǔ)上,研究了工況參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)對多級刷式密封級間壓降分配的影響規(guī)律,揭示了多級刷式密封級間壓降不均衡性的產(chǎn)生機理。研究結(jié)果表明:在本文研究工況下,相同結(jié)構(gòu)的兩級刷式密封各級壓降占比分別為32%～35%和65%～68%,三級刷式密封各級壓降占比分別為21%～27%、27%～32%、41%～52%,多級刷式密封各級承擔(dān)壓降逐級增大,進出口壓比對級間壓降分配影響不大;增大刷絲束與轉(zhuǎn)子表面間徑向間隙、刷絲之間間隙以及后擋板高度均可改善各級壓降分配,同時也會增加泄漏量;影響多級刷式密封級間壓降均衡性的主要原因是逐級不均勻增大的體積流量,各級壓降隨體積流量逐級不均勻的增加而增大;增大下游級流道截面積可有效降低體積流量,平衡多級刷式密封各級壓降。本文研究結(jié)果為多級刷式密封結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

刷式密封結(jié)構(gòu)圖

本文通過ANSYS Workbench數(shù)據(jù)交換平臺提供的System Coupling模塊實現(xiàn)刷絲固體域和氣體流體域的雙向耦合。刷絲變形分析采用ANSYS軟件中的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析方法，流場特性采用CFX中RNG k-ε湍流模型進行分析。刷式密封雙向流固耦合求解采用雙重循環(huán)迭代方法。圖2給出了刷式密封流固耦合方法流程圖，Tn時刻循環(huán)開始，以Tn-1時刻流場的壓力與速度分布和刷絲變形的位移結(jié)果信息作為初始條件，流體域進行若干子步計算收斂后，通過網(wǎng)格插值將得出的流場壓力與速度分布等信息傳遞于刷絲固體域耦合面，刷絲固體域耦合面以其邊界條件計算得到刷絲瞬態(tài)動力響應(yīng)，然后刷絲變形的位移等信息再通過網(wǎng)格插值傳遞給流場耦合面，作為流場耦合面的邊界條件，至此流體域與固體域的位移、載荷都達到收斂狀態(tài)時，則完成一次雙向耦合迭代計算，繼續(xù)進入Tn+1時刻循環(huán)。在雙向流固耦合方法下，可獲得任一時刻刷式密封流場壓力速度分布特性和刷絲運動變形特性。1.2 多級刷式密封計算模型

圖3給出了三級刷式密封實驗件實物圖與三維計算模型及其對應(yīng)關(guān)系。表1中給出了多級刷式密封結(jié)構(gòu)參數(shù)。刷絲材料為鎳基高溫合金，彈性模量為213.7GPa，泊松比為0.29。由于刷式密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模時需要對刷式密封進行簡化，選取刷絲束焊接區(qū)域以下建立三級刷式密封三維計算模型�？紤]到刷式密封整周為對稱結(jié)構(gòu)以及帶有弧度的實驗件的加工難度及成本，按其周向長度設(shè)計加工了相應(yīng)的等長無弧度多級刷式密封直型段實驗件。為提高計算效率，建模時選取刷絲束中間整排與兩側(cè)軸向切半的叉排結(jié)構(gòu)作為最小周期循環(huán)單元建立計算模型[21]，多級刷式密封實驗件的長度由一定數(shù)量的最小循環(huán)單元的周向長度組成，其數(shù)量等于實驗件長度與最小循環(huán)單元周向長度的比值，在進行數(shù)值計算后，將最小循環(huán)單元的相關(guān)計算數(shù)據(jù)與上述比值相乘，即可進行數(shù)值與實驗數(shù)據(jù)的對比[22]。1.3 網(wǎng)格劃分與邊界條件

【參考文獻】：
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本文編號：3234577