Page 102 - 《摩擦学学报》2020年第3期

368 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

Pressure Pressure Pressure
contour 1 contour 1 contour 1
3.997e+006 2.788e+006 2.270e+006
3.608e+006 2.520e+006 2.053e+006
3.218e+006 2.251e+006 1.837e+006
2.829e+006 1.982e+006 1.620e+006
2.439e+006 1.714e+006 1.403e+006
2.049e+006 1.445e+006 1.186e+006
1.660e+006 1.176e+006 9.689e+005
1.270e+006 9.075e+005 7.520e+005
8.805e+005 6.387e+005 5.351e+005
4.909e+005 3.700e+005 3.182e+005
1.013e+005 1.013e+005 1.013e+005
Pa Pa Pa
(a) h=3 μm-Laminar (b) h=4 μm-Laminar (c) h=5 μm-Laminar

Pressure Pressure Pressure
contour 1 contour 1 contour 1
4.762e+006 3.353e+006 2.671e+006
4.296e+006 3.028e+006 2.414e+006
3.830e+006 2.703e+006 2.157e+006
3.364e+006 2.378e+006 1.900e+006
2.898e+006 2.052e+006 1.643e+006
2.432e+006 1.727e+006 1.386e+006
1.966e+006 1.402e+006 1.129e+005
1.499e+006 1.077e+006 8.723e+005
1.033e+006 7.517e+005 6.153e+005
5.674e+005 4.265e+005 3.583e+005
1.013e+005 1.013e+005 1.013e+005
Pa Pa Pa
(d) h=3 μm-Turbulent (e) h=4 μm-Turbulent (f) h=5 μm-Turbulent

Fig. 3 Pressure distribution in microscale flow field under different film thickness and flow regime
4
图 3 不同膜厚及流态下微尺度流场压力分布(P in =2 MPa，h g =4 μm，N=4×10 r/min)
表 3 不同膜厚下性能参数对比 通过进一步分析，可以看出：在研究的转速区间
Table 3 Comparison of performance parameters under 内，层流时的开启力和泄漏量在随转速升高时呈现出
different film thickness
一次突变点现象，而湍流时出现了两次突变点现象.

Opening force，F o /N Deviation
h/μm 大致的突变点出现及对应的转速值统计结果列于表4
1 2 3 1 2
中，由于转速区间限制，部分层流时的开启力突变点
2.03 35.67 35.17 34.62 2.93% 1.56%
3.05 31.62 31.50 31.08 1.71% 1.34% 值未能显示完全.
5.08 29.35 29.37 28.93 1.44% 1.49%
由表4可知，随着膜厚的增大，两种流态下的开启
1-尹晓妮 ，2-Wang Bing ，3-本文计算值
[18]
[38]
力两次突变点及泄漏量一次突变点对应的速度值呈
小、泄漏量随膜厚增大缓慢升高；两种流态下宏观密 下降趋势，而泄漏量二次突变点对应的速度值呈现缓
封性能规律、趋势基本一致，层流时的开启力随转速 慢上升趋势. 说明膜厚越大时，介观流场中越容易出
升高增幅逐渐放缓，在膜厚较大时还出现了降低趋 现引起宏观性能波动的不稳定因素，一定范围内，较
势，而泄漏量随转速升高呈现出较明显的先增大后减 小的膜厚有益于维持干气密封介观流场的稳定性.
小的趋势；湍流时稍显复杂，开启力和泄漏量呈现增 3.3 介观速度场分析
大-减小-增大的交替变化规律；整体而言，两种流态下 为深入阐释干气密封宏观性能参数的变化规律
的开启力具体数值相差不大，层流时的泄漏量较湍流 及内在作用机制，进一步分析了工况参数变化时与其
流态略有增大，原因可能是在模型选择时，层流模型 对应的介观速度场变化情况. 研究发现，速度流场中
对应的流体为理想自由气体，而湍流模型对应的是黏 不仅存在周向剪切速度分量v 和径向速度分量v ，高
r
c
性流体所致. 速时还出现了一定量值的轴向速度分量v ，如图5(a)
a