槽参数对高温密封汽液固流动特性及性能的影响

以高温动压型机械密封为研究对象,基于Eulerian多相流模型和蒸发冷凝模型,建立涉及高温汽化、固体颗粒、黏温效应及牛顿流体内摩擦效应的动压型机械密封润滑膜汽液固三相流动模型,模拟研究槽深、槽宽比、螺旋角及槽径比对润滑膜汽化、固体颗粒分布规律及密封性能的影响关系。研究表明:润滑膜固体颗粒体积分数随槽深、槽径比的增大而增大,且在槽宽比为0.5时出现最大值,而固体颗粒体积分数随螺旋角的变化规律与转速有关;润滑膜平均汽相体积分数随槽深的增大而减小,随螺旋角的增大而增大,槽宽比为0.7时平均汽相体积分数出现最大值,槽径比在0.3以上时平均汽相体积分数随槽径比的增大而增大;槽深8μm时润滑膜汽相、固体颗粒相出现突变,槽深低于8μm时处于气相较高、固体颗粒相较小状态,槽深高于8μm时则相反;基于汽液固流动的密封性能分析表明,选用9μm左右的槽深、0.6左右的槽径比、16°~20°的螺旋角、0.3~0.4的槽宽比时对密封性能有利,采用8μm以上的槽深及小于0.5的槽宽比时,转速较高时选用较小槽径比、转速较低时选用较大槽径比时有利于抑制汽化。

高温密封润滑膜汽液固流动特性数值计算分析

利用Eulerian多相流模型和蒸发冷凝模型,建立了涉及高温汽化、固体颗粒、黏温效应及牛顿流体内摩擦效应的动压型机械密封润滑膜汽液固三相流动模型,计算分析了润滑膜汽液固流动特性随工况的变化规律,以及润滑膜汽化、固体颗粒分布及密封性能的影响关系。研究表明:润滑膜汽化和固体颗粒分布均主要位于槽堰区,汽相和固体颗粒相之间存在相互制约关系;高介质温度导致的液相汽化和黏度下降使流体动压减弱,因而导致外槽根高压区不明显甚至消失。润滑膜汽化程度随转速增大呈先减小后缓慢增大变化规律,存在汽化抑制转速区且随介质温度的升高而向高速方向移动;固体颗粒体积分数在接近汽化抑制转速区时出现快速增大;介质压力增大至一定数值时出现固体颗粒体积分数迅速降至零附近的现象,且介质温度越高出现速降的介质压力越小;介质温度高于423K后,润滑膜开启力、泄漏量和摩擦扭矩均会在接近汽化抑制转速时出现由平缓变化到加速变化的过程。