为提高迷宫密封仿真分析效率,基于功能需求及多种流体力学仿真平台的特点,选择COMSOL仿真平台开发参数化迷宫密封分析软件,利用流体力学建模工具和求解器实现流场建模仿真,利用APP开发器制作软件图形用户接口,在仿真平台中编写脚本代码实现对多种类型迷宫密封的参数化分析,最终高效率完成软件开发工作。测试结果表明,开发的分析软件使用方便、结果准确,能有效提升仿真效率。

为解决大型船用柴油机曲轴箱轴端漏油问题,通过仿真和试验对气液两相条件下迷宫密封的泄漏行为开展研究。基于FLUENT软件进行迷宫密封流场仿真,利用离散相模型开展油滴逃逸行为分析,揭示迷宫密封在气液两相环境中的密封机理和泄漏规律。在试验器上模拟了曲轴箱密封的实际结构和工况条件,测量了不同转速条件下的漏油速率,研究了密封装置中的不同结构特征的功能作用,最终提出了两种改进措施并验证了措施的有效性。研究结果表明:交错迷宫结构与直通型迷宫结构相比可以更显著地减少空气泄漏,增加交错迷宫结构可大幅减少空气对液相介质的向外输运,此外,合理利用迷宫结构进行回油亦能显著减少滑油泄漏。

针对液膜密封中空化问题,建立基于质量守恒JFO边界条件的螺旋槽液膜密封数学模型,采用流线迎风有限元法求解考虑液膜离心项的Reynolds控制方程,获得端面膜压分布,进而分析了操作参数对空化特性的影响。结果表明：不同操作参数下,空化发生时的液膜破裂位置均位于螺旋槽边界线上;转速的增大、膜厚及介质压力的减小促进空化的生成,反之,抑制空化发生。计算结果为液膜密封在不同操作条件下的设计和应用提供理论指导。

液膜中空化的产生会影响密封润滑性能。基于质量守恒的JFO空化边界条件,建立螺旋槽液膜密封数学模型,采用流线迎风有限元法求解Reynolds控制方程,获得端面空化分布,并通过可视化试验进行了验证。以空化临界转速和临界压力为表征,分析了螺旋槽结构参数对空化特性的影响。结果表明螺旋槽内空化区域呈机翼截面型,且随着转速的增加而变大,随着内径压力的增加而减小,空化周向最大长度位于近槽根处;空化临界转速随着槽数、槽深的增加而增加,随着螺旋角、槽长坝长比、槽台宽比的增加而减小;空化临界压力随各结构参数的变化趋势与空化临界转速相反。通过对各结构参数的合理选择,可实现对空化的有效控制。

为进一步探索液膜密封端面空穴发生诱因及其影响规律,本文基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界,建立双坝区中间开螺旋槽的液膜密封物理模型,通过空穴可视化实验验证了程序算法的准确性,分析了不同空化边界下液膜密封的空穴特征。以密封面间润滑液体的液膜压力和密度变化为判据,探讨了槽深、槽角和槽数等参数对液膜始破位置、重生位置及空穴发生面积的影响。结果表明相比Half-Sommerfeld和Reynolds空化边界,基于JFO空化边界计算的空穴特征能更好地与实验结果相吻合;较大槽深和槽数,均缩小了液膜始破位置沿螺旋方向的空穴长度和液膜重生位置沿周向的空穴宽度,前者提升了两位置的空穴度,而后者降低了液膜重生位置的空穴度;槽角的增大,在扩大两位置空穴尺度的同时,提升了相应位置的空穴度;而液膜中空穴发生面积随槽深的增加线性降低,在较小槽...

运行工况的瞬时变化严重影响密封性能。利用Matlab建立密封环端面间隙液膜三维模型,采用有限差分法离散基于JFO空化边界条件的雷诺方程,应用SOR迭代求解液膜压力分布,进一步耦合求解雷诺方程与瞬态动力学方程,分析工况连续变化及压力扰动对密封瞬态特性的影响。结果表明相比于转速瞬时变化,压力瞬时变化过程中挤压效应对密封性能的影响更为显著,密封端面趋近速度越大,由液膜挤压产生的承载能力越高,端面流体被排出的速度越大;压力瞬时变化易引发静环轴向速度振荡,压差越大,振荡幅值越大;压力扰动情况下,空化率与泄漏量急剧突变后趋于稳定,压力突升相比于压力突降更易恢复稳定状态;摩擦扭矩在变工况过程中平稳变化,无较大幅度波动。