為了降低迷宮密封的泄漏量,提出一種在直通型迷宮密封的密封齒前端和后端設(shè)立凹槽的密封結(jié)構(gòu),基于CFD方法,建立迷宮密封數(shù)值仿真模型。通過(guò)與已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證模型的正確性。探討不同湍流模型的適用范圍,并對(duì)比光滑表面、前置凹槽、后置凹槽3種結(jié)構(gòu)在泄漏量、軸向壓降及流場(chǎng)速度分布的差異性。結(jié)果表明:SST湍流模型更加適用于迷宮密封這種窄間隙的近壁面流動(dòng);前置凹槽結(jié)構(gòu)降低泄漏量的效果較差,只有在高壓力差下才能降低泄漏量;后置凹槽結(jié)構(gòu)能改變迷宮密封腔內(nèi)漩渦方向及狀態(tài),進(jìn)而降低迷宮密封透氣效應(yīng),加劇密封的能量耗散的同時(shí)降低泄漏量。因此,后置凹槽的迷宮密封結(jié)構(gòu)具有較好的工程應(yīng)用前景。 

【文章來(lái)源】：潤(rùn)滑與密封. 2020,45(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

3種迷宮結(jié)構(gòu)示意圖

具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)圖1(c),其中轉(zhuǎn)子半徑為75 mm,h=10 mm,Wfp=9.48 mm,Wt=0.9 mm,wg=5 mm,hg=1 mm,C=0.25 mm,W=18.55 mm,α=70°。密封介質(zhì)采用不可壓縮流體模型,密度及黏度以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20 ℃的水為標(biāo)準(zhǔn)。圖2給出了迷宮密封計(jì)算域三維結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格示意圖。文中模擬的供應(yīng)壓力范圍為1.19～4.93 MPa,進(jìn)口給定總壓,不考慮進(jìn)口預(yù)旋的影響,進(jìn)口速度方向垂直于進(jìn)口邊界,出口為平均靜壓條件,固定出口壓力為環(huán)境大氣壓力,調(diào)節(jié)進(jìn)口總壓變化。模型中不考慮壁面與流體的傳熱,固體壁面均為絕熱邊界,氣體與壁面接觸采用光滑無(wú)滑移邊界條件,靜子面和轉(zhuǎn)子面分別采用靜止和旋轉(zhuǎn)兩類壁面條件,在研究轉(zhuǎn)速對(duì)泄漏特性的影響時(shí),轉(zhuǎn)速設(shè)定為0、2 190、4 336和6 693 r/min。計(jì)算網(wǎng)格采用APDL語(yǔ)言編寫,ANSYS軟件生成,為全六面體的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,圖2所示為PG-Model的邊界條件及計(jì)算網(wǎng)格。出口端長(zhǎng)度遠(yuǎn)長(zhǎng)于試驗(yàn)參數(shù),以消除回流對(duì)模型的影響。紊流模型采用Realizable k-ε模型、標(biāo)準(zhǔn)k-omega模型及SST模型對(duì)比驗(yàn)證,離散格式為二階高精度格式,壁面采用無(wú)滑移絕熱壁面,收斂條件是殘差小于10-3,出口流量穩(wěn)定。

網(wǎng)格的優(yōu)劣對(duì)于數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和收斂速度有著顯著的影響,因此先確定合適的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量,以減小因網(wǎng)格質(zhì)量導(dǎo)致的誤差。文中建立了多種網(wǎng)格數(shù)量的模型,在相同的邊界條件下模擬了泄漏情況,得到了泄漏量與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)的變化關(guān)系如圖3所示。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目從3.35×104至7.94×105,網(wǎng)格數(shù)量較低時(shí)泄漏量變化比較明顯,當(dāng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目高于4.6×105,網(wǎng)格加密對(duì)于提升計(jì)算精度作用很小。因此文中選擇的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為5.15×105。后續(xù)計(jì)算可以忽略網(wǎng)格疏密程度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。2 結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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