Page 98 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 40 卷 第 3 期 摩 擦 学 学 报 Vol 40 No 3
2020 年 5 月 Tribology May, 2020

DOI: 10.16078/j.tribology.2019189

干气密封旋转流场的宏观特性与介观

速度场的逻辑关系研究

1*
1
2
1
1
王 衍 , 葛云路 , 黄国庆 , 胡 琼 , 肖业祥 , 胡 鹏 1
(1. 江苏海洋大学 机械与海洋工程学院，江苏 连云港 222005;
2. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室&能源与动力工程系，北京 100084)
摘 要: 旋转流场中的流体流动比较复杂，特别是在高转速、微尺度工况时，流场中的流体流态及其判断方法缺乏完
备的理论模型. 选择干气密封作为高速旋转流场的研究对象，以开启力和泄漏量作为宏观特性表征指标参数，选择
剪切(周向)、径向及轴向速度分量对速度流场进行介观表述，通过Fluent软件仿真计算大跨距转速(低转速至超高转
速)时的宏观、介观指标参数，研究密封性能指标参数与速度场间的内在逻辑关系. 结果表明：低速旋转流场中的轴
向速度分量较小，可忽略不计，转速升高会促使轴向速度分量持续增大，当转速持续增大并超过某一临界值时，轴
向速度分量会出现迅速升高的情形；轴向速度分量的变化情形与微尺度流场(开启力和泄漏量)波动密切相关，是影
响旋转流场流态的关键性指标参数，也是引起宏观流场特性变化的主要因素；径向速度分量的变化情形与微尺度流
场泄漏量的变化规律基本一致，随着转速的增大，泄漏量的宏观性能反馈要早于开启力波动的出现. 基于以上研
究，同时根据管道雷诺数、流量因子判定模型及流体力学基本理论，尝试提出了基于三维速度分量的针对旋转流场
流态的椭球判定模型.
关键词: 干气密封; 旋转流场; 流态; 宏观特性; 介观速度场
中图分类号: TH133.36 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2020)03–0364–14

The Logic Relationship between Macroscopic Characteristics

and Mesoscopic Velocity Field of High-Speed Rotating Flow
Field of Dry Gas Seal

1* 1 1 1 2 1
WANG Yan , GE Yunlu , HUANG Guoqing , HU Qiong , XIAO Yexiang , HU Peng

(1. School of Mechanical and Ocean Engineering, Jiangsu Ocean University, Jiangsu Lianyungang 222005, China
2. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering & Department of energy and power engineering,
Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: Because of the complex fluid flow in the rotating flow field, especially under the high speed and micro scale
conditions, the fluid flow state and its judgment methods were lack of a complete theoretical model. This paper chose the
dry gas seal as the research object of high speed rotating flow field, with its opening force and leakage rate as index

Received 18 October 2019, revised 27 November 2019, accepted 27 December 2019, available online 28 May 2020.
*Corresponding author. E-mail: qqwangyan2006@163.com, Tel: +86-18360576317.
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51741504, 51805199), National Key Research and
Development Program(2017YFC0404200), Province Natural Science Foundation of Jiangsu(BK20191471), “Blue and blue project”
of Universities in Jiangsu Province, Jiangsu “Six Talent Peaks” Project(GDZB-076), Lianyungang City “521 project” Project,
Talent Fund Project of Jiangsu Ocean University (KQ19004).
国家自然科学基金项目(51741504, 51805199)，国家重点研发计划项目(2017YFC0404200)，江苏省自然科学基金项目
(BK20191471)，江苏省高校“青蓝工程”项目，江苏“六大人才高峰”项目(GDZB-076)，连云港市“521工程”项目和江苏海洋大
学人才引进科研基金项目(KQ19004)资助.