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超高速干气密封扰流效应及抑扰机制

摘要:干气密封在高速时优异的动压性能使其应用范围从传统的压缩机、离心机等中高速设备逐渐扩大到航空发动机、(微型)燃气轮机等超高速设备中。基于实际超高速工况特点,对转速范围为10 000~120 000r/min时的干气密封性能进行了系统性仿真计算,结果发现:在一定几何参数和工况参数下,类似于气浮轴承的微振动现象,干气密封会出现疑似受气体压力波动流影响的开启力、泄漏量与转速非正相关变化的扰流现象,尤其在高压、大膜厚、小槽深时的扰流效应愈加显著;在转速持续增大过程中,干气密封微尺度流场会出现二次拐点现象,且一次拐点发生转速与设计参数有关,而二次拐点发生转速基本约为90 000r/min。同时结合导流织构的设计思路,进一步研究了超高速下干气密封槽底导流织构的驱动导流效应,结果表明:加设导流织构后,承载效果明显提高,拐点发生工况延后且压力波动区域被压缩。表明导流织构具有良好的抑制扰流、维持开启力与转速持续正相关的作用,在此基础上,进一步阐释了导流织构的抑扰机制,以期为突破干气密封在超高速工况下的应用壁垒提供新思路。

关键词:
  • 密封  
  • 超高速  
  • 导流织构  
  • 扰流效应  
  • 导流效应  
作者:
王衍; 胡琼; 肖业祥; 黄国庆; 朱妍慧; 葛云路
单位:
江苏海洋大学机械与海洋工程学院; 连云港222005; 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室; 北京100084; 清华大学能源与动力工程系; 北京100084
刊名:
航空学报

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期刊名称:航空学报

航空学报紧跟学术前沿,紧贴读者,国内刊号为:11-1929/V。坚持指导性与实用性相结合的原则,创办于1965年,杂志在全国同类期刊中发行数量名列前茅。