机械密封的性能对海洋核心设备海底混输泵的热控效率以及稳定运行有着重要影响。针对混输泵工作状态与机械密封服役环境,建立密封环-液膜多体结构三维模型,考虑热效应、力效应和流体效应等多场协同作用,利用热流固耦合数值仿真技术,研究密封环-液膜多体结构在模拟实际工况下的性能变化规律,得到密封环-液膜多体结构在不同工况下的润滑特性、力学特性以及温度特性。结果表明:在密封环-液膜的多体结构中,密封环最大变形量和最高温度都出现在螺旋槽区域;随转速和压力的增加密封开启力和泄漏量增加,但转速的影响明显大于压力;压力对应力的影响明显大于转速,特别是在压力超过6 MPa后密封端面的接触压力较为不均匀;由于对流换热和气流黏性剪切影响,转速对密封端面温度影响大于压力,尤其在500 r/min低转速区域,密封环-液膜结构的温度突破了7

为深入探究转速对混输泵内部流动以及相态分布规律的影响,基于欧拉-欧拉方法的两相流模型和标准的κ-ε湍流模型,利用Fluent软件对不同转速的三级轴流螺旋式油气混输泵在设计工况下且入口含气率为30%的条件下进行数值计算。结果表明:转速对混输泵首级动叶轮内含气率分布的影响较大,并且对不同叶高处叶片压力面和吸力面的影响趋势不同;转速对含气率影响最明显的位置是在叶片吸力面0.9倍叶高处;随着转速的增加,旋涡在静叶轮内的演变规律较明显。研究结果可为混输泵的水力设计和安全稳定运行提供参考。