Page 134 - 《摩擦学学报》2020年第4期

544 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

3.00e+03 4.00e+03
3.75e+03
2.80e+03 3.50e+03
Surface nusselt number 2.40e+03 Surface nusselt number 3.00e+03
3.25e+03
2.60e+03
2.75e+03
2.50e+03
2.20e+03
2.00e+03
2.00e+03 2.25e+03
1.75e+03
1.80e+03 1.50e+03
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006
Z direction coordinate/m Z direction coordinate/m
(a) Distribution of Nusselt number of the (b) Distribution of Nusselt number of the textured
non-textured sealing ring surface sealing ring surface outside the texture

2.00e+04
1.80e+04
Surface nusselt number 1.40e+04
1.60e+04
1.20e+04
1.00e+04
8.00e+03
6.00e+03
4.00e+03
2.00e+03
0.001 0 0.002 0 0.003 0 0.004 0
Z direction coordinate/m
(c) Distribution of Nusselt number of the textured
sealing ring surface inside the texture

Fig. 9 Distribution of Nusselt number on the outer side of non-textured and textured sealing ring
图 9 普通型、织构型机械密封的动环外周面Nu数分布

离织构底部的流速则会急剧降低，因此形成了非常大
355 2 700 r/min 的速度梯度，并在织构尖端到外周面的过渡部分产生
Average end face temperature/K 345 明显大涡漩，涡漩的存在对织构处的局部流态存在较
350
大影响，呈现明显的湍流态. 在图11(b~d)的Y-Z平面
中，流线显示在进入织构时偏向三角形顶角侧，而离
340
开织构的边壁时又偏离顶角侧，流线呈V型，因此造成
335
区域对应. 综上，织构内部的换热主要是湍流造成的
330 1 800 r/min 顶角处Nu数相对其他位置较高，与图11(a)所示涡漩
No texture
涡漩与流体在织构内的变向流动共同作用下的结果，
Seal face
而且在靠近端面的织构顶角处热对流交换效率较低，

Fig. 10 Comparison of heat transfer performance of different
textures 因此造成该处的温度较高[见图11(e)]，这与文献[24]
图 10 不同织构换热性能对比 的结论一致. 此外，由于织构的存在，致使换热面积的
增大，同时改变了密封环外周面的形貌，也在一定程
织构外部的Nu数，而就织构内部的Nu数分布来比较，
度上加强了对流换热效果.
则是紧靠密封端面织构的Nu数平均值高于离端面较 (2) 织构外部对流换热机理分析

远织构的Nu数平均值. 对织构内部的流场和温度场放 单个织构产生的类似绕流效应的作用，在一定程
大，结果如图11所示. 度上影响了织构周围的流场分布，但总体上织构外围
图11(a)中织构的流场分布局部图为图8(c)中的织 的换热效果要低于织构内部，如图12所示.
构放大图，可以看出：处于织构底部的流速很高，而远 由图12(a1)中所示关于动环外周换热织构之间区