由于目前关于微小颗粒在微孔端面机械密封间隙流体中的分布规律的研究较少,所以基于连续介质模型,建立了圆形微孔端面机械密封间隙流体的固液两相流数值模型。根据计算结果,分析了密封间隙流体中颗粒的分布规律:从外径到内径,颗粒体积分数逐渐增大,而且每个微孔单元内的颗粒分布规律相似;液体在微孔内形成了涡流,颗粒在涡流中心区域大量聚集。最后,讨论了微孔几何参数对颗粒分布的影响:在不同转速下,微孔面积比、微孔深度的增大都能提高孔内区域的颗粒量。

为探讨不同形状微孔搭配排布对机械密封性能的影响,基于Reynolds方程和JFO空化边界条件,采用有限体积法建立密封间隙流体的数值计算模型;选用圆形孔、椭圆形孔和等腰三角形孔任意搭配,得到27个模型,并计算不同压差、转速下各模型的开启力和泄漏率;对数据做归一化处理后绘制密封性能参数分布图。结果表明:模型中圆形孔数目越少,越靠近外径边界,模型的泄漏率越低,开启力越大;当压差为0时,密封性能参数呈现为区域性集中分布,此现象受动压效应和静压二者共同影响,压差越小,转速越大,越易产生。

为研究回吸现象对泄漏率的影响,基于Fluent多相流空化模型,建立椭圆微孔端面机械密封间隙液膜的三维数值计算模型,并从原理上分析影响回吸现象的因素。结果表明回吸越强,泄漏率越低,甚至是零泄漏;回吸现象的影响参数可以分为两类影响动压效应的参数,如转速、内外径压差、空化压力;造成低压区与密封间隙出口截面间距离改变的参数,如方向角(椭圆长轴与水平轴逆时针夹角)、椭圆形状因子(椭圆长短轴比)。探讨各因素对椭圆微孔端面机械密封回吸现象的影响。结果表明,回吸的强弱与转速、椭圆形状因子正相关,与内外径压差、空化压力负相关,与方向角的关系类似正弦曲线。