Page 104 - 《摩擦学学报》2020年第3期

370 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

40 100 820 20 240 350
T-v a T-v r T-v c
738
35 L-v a L-v r T-v c
90 656 16 200 300 v
Axial velocity, v a /(m/s) 25 L-v a L-v r T-v c 70 Radial velocity, v r /(m/s) 492 Tangential velocity, v c /(m/s) Axial velocity, v a /(m/s) 12 8 120 Radial velocity, v r /(m/s) 250 Tangential velocity, c /(m/s)
30
T-v r
T-v c
T-v a
574
80
160
20
410
200
328
15
60
80
10
164
5 50 246 4 40 150
82
0 40 0 0 0 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
Rotation speed, N×10 /(r/min) Pressure, P in /MPa
4
(a)Influence of speed on speed distribution (b)Influence of pressure on velocity distribution
(P in =2 MPa, h=5 μm, h g =4 μm) (h=5 μm, h g =4 μm, N=4×10 r/min)
4
20 140 350 20 132 330
315
120 280 16 99 264
16
Axial velocity, v a /(m/s) 12 8 L-v a L-v r T-v c 80 Radial velocity, v r /(m/s) 210 Tangential velocity, v c /(m/s) Axial velocity, v a /(m/s) 12 8 66 Radial velocity, v r /(m/s) 198 Tangential velocity, v c /(m/s)
100
245
T-v a
T-v c
T-v r
175
60
140
132
40
70
4

20 105 4 T-v a T-v r 33 66
L-v a
L-v r
35
T-v c T-v c
0 0 0 0 0 0
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Film thickness, h/μm Groove depth, h g /μm
(c)Influence of film thickness on velocity distribution (d)Influence of groove depth on velocity distribution
(P =2 MPa, h g =4 μm, N=4×10 r/min) (P in =2 MPa, h=5 μm, N=4×10 r/min)
4
4
in
Fig. 5 Evolution law of velocity distribution under different working conditions
图 5 不同工况下速度分布变化规律
图5可知，两种流态下的压力增大均促使v 增大，v 随 下，周向和径向速度分量为主要影响因素，但在超高
c
r
压力的增大基本呈现缓慢降低的趋势，而v 随压力的 转速下，轴向速度分量的影响不可忽视.
a
增大呈现一定的波动后，基本也趋于稳定，说明压力 3.4 宏观特性与介观流场内在逻辑关系
的增大有利于促进流体径向方向的流动，但对于轴向 为深入探索密封性能的宏观特性与介观流场的
和周向的流动有一定的抑制作用，表明压力的持续增 内在逻辑关系，将宏观特性参数(开启力、泄漏量)与介
大有利于流体在周向和轴向方向上的稳定流动；两种 观速度分量置于同一转速下进行对比分析，鉴于周向
流态下，v 对膜厚的变化较敏感，随膜厚的增大v 增幅 转速分量与转速呈基本稳定的线性关系，介观流场选
r
r
较大，而v 随膜厚增大缓慢降低，原因可能是膜厚的增 择轴向与径向速度分量为研究对象. 如图6所示，为不
c
大逐渐分散了周向速度分量的强度，降低了速度分量 同膜厚时层流与湍流时的对比结果，由图6可以看出，
值的大小；不同流态时，膜厚的变化对v 影响表现不 膜厚越大对应的开启力和泄漏量波动越明显；不同参
a
同，湍流时v 对膜厚变化不敏感，而层流时的v 随膜厚 数、不同流态时泄漏量Q与径向速度分量v 的变化趋
r
a
a
增大而增大；槽深方面，除了v 随槽深的增大而缓慢增 势基本一致，二者的突变点也是一一对应的，表明泄
r
大外，整体而言，槽深变化对v 和v 影响不大. 漏量的变化是径向速度分量的即时、宏观体现，两者
a
c
综上所述，干气密封微尺度流动情况复杂，层流 具有紧密的内在联系；层流时随转速增加，v 出现了先
r
和湍流对密封性能参数的影响规律整体基本一致，主 增大后微弱减小的波动趋势，原因可能是微尺度流动
要表现为具体数值的差别；在湍流时出现了开启力和 在高速时出现了某些不利于动压形成或降低动压能
泄漏量交替上升、下降的波动变化情形，且在高压、高 量的因素.
速、大膜厚、小槽深时愈为明显；转速对流场各速度分 相比于泄漏量与径向速度的即时反馈关系，开启
量的影响最显著，其次是压力、膜厚和槽深，一般工况 力F 与轴向速度分量v 的即时关系并非完全一致，但
o
a