为了分析T型槽柱面气膜密封性能,建立了多种数值模型。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对T型槽柱面气膜密封气膜刚度、浮升力和泄漏率的影响因素进行了研究。研究结果表明:泄漏率受平均气膜厚度影响非常显著,平均气膜厚度增大30μm,泄漏率增大4.5×10-4kg/s,气膜偏心率次之,气膜轴向长度对泄漏率的影响较弱。浮升力受气膜轴向长度的影响较显著,气膜轴向长度增大1倍,浮升力亦增大近1倍,平均气膜厚度对浮升力影响次之,气膜偏心率对浮升力的影响不明显。气膜刚度受平均气膜厚度的影响较大,气膜轴向长度和气膜偏心率对气膜刚度的影响依次减弱。

进一步研究刷式密封的迟滞特性,对无压差下刷式密封的刷丝力学特性进行研究。首先对无压差工作下的刷式密封的刷丝进行受力分析,基于大变形理论对刷丝的形变进行求解得出解析解。然后使用ABAQUS商用软件构建无压差下刷式密封迟滞特性模型,与前人的数据进行对比验证模型的正确性。最后将刷丝的形变数值模拟结果与解析解结果进行对比。研究结果表明,所建立的无压差下刷式密封迟滞特性模型与前人数据基本一致,解析解与数值模拟结果误差很小。

为揭示刷式密封的迟滞规律,针对其结构特点,采用有限元方法分析了刷式密封系统动力学参数和结构工况参数之间的关系,在刷丝受力分析的基础上建立刷式密封系统质量—弹簧—阻尼等效动力学模型,研究了结构和工况参数对迟滞量、迟滞率和迟滞时间的影响规律,并进一步分析了结构参数对刷式密封迟滞特性影响的灵敏度。研究结果表明:迟滞量和迟滞率随刷丝直径的增大而减小,随刷丝长度、刷丝排列角度、后挡板保护高度的增大而增大;后挡板保护高度对迟滞时间没有影响。结构参数对迟滞量影响的灵敏度由小到大依次为后挡板保护高度、刷丝直径、刷丝排列角度、刷丝长度。将难以分析的数值模型转化为可控数值计算的研究方法,可为刷式密封的多目标结构优化研究提供一种新的研究思路。