端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析.pdf

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1、2014年4月第40卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2014V01．40No．4端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析马纲孙晓军罗先海何军(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点，提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式．根据气膜密封的结构特点，建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型．采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算．研究了密封气膜几何结构

2、参数变化对密封稳态特性(端面承载力，．、柱面承载力F。泄漏量Q、摩擦转矩M)的影响．几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比．关键词：气膜密封；组合密封；三维数值仿真；结构参数；稳态特性中图分类号：V233．4+2文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)04-0439-05Numericalsimulationanalysisofsteady—statepropertiesofgasfaceandcylinderf．

3、msealMaGangSunXiaojunLuoXianhaiHeJun(SchoolofMech

4、anicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Aimedatthespecialconditionoffluidicdynamicsealsofhighspeedfluidmachineriessuchastheaero—engine，anewtypeofsealingform，gasfaceandcylinderfilmsealwasproposed．Accordingtothestructurecharacte

5、risticsofthegasfilmseal，themathematicalanalysismodelofthegasfaceandcylinderfilmsealwasbuilt．Thenthemodelofgasfilm’Sthree—dimensionalflowfieldwasnumericallycalculatedbyFluentintheformofturbulentflow．Theinfluenceofsealinggeometrystructureparametersonthestabilityperform—ancesofthesealsuchasface

6、openingforceFd，cylindricalopeningforceF。，leakageQ，andfrictiontorqueMwasstudied．Thegeometrystructureparametersincludegasfacefilmthickness，facegroovedepthratio，cylin—dricalfilmthickness，cylindricaleccentricity，cylindricalgroovedepthratio，andcylindricalgroovewidthratio．Keywords：gasfilmsea]；comb

7、inedsealing；threedimensionalnumericalsimulation；structuralparame—ter；stabilityperformance航空燃气涡轮发动机关键部位的流体动密封，除了处于高界面滑速、高边界压差及高环境温度的工况条件之外，密封界面同时受到较多的机动载荷和转子系统大的径向跳动和轴向跳动的影响，其工作条件比一般工业燃气轮机更为苛刻⋯．研究及设计新型的密封形式以满足航空发动机的特殊工况，是流体动密封研究领域的研究应用方向之一．气膜密封因其非接触、低泄漏、低磨损的特点，目前已成为流体动密封重要的研究内容‘2—31．自1976年带螺旋

8、槽的端面气膜密封首先成功地应用于大型流体机械以来，端面气膜密封已得到了广泛的应用与深入研究¨。1．由于航空发动机转子系统的剧烈振动和热、力变形所引起的密封副表面的位移大于密封气膜的厚度以及密封位置结构限制∞o，端面气膜密封在航空发动机上收稿日期：2013-06-05；网络出版时间：2013—10—2910：38；DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2013．0322网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．201310291038