Page 135 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 周宇坤, 等: 机械密封动环外周表面织构换热机理及结构优化 545

Velocity magnitude/(m/s)
5.67e+00
5.39e+00
5.10e+00
4.82e+00
4.54e+00
4.25e+00
3.97e+00
3.69e+00
3.40e+00
3.12e+00
2.84e+00
2.55e+00
2.27e+00
1.99e+00
1.70e+00
1.42e+00
1.13e+00
8.51e−01
5.67e−01
2.84e−01
4.82e−05 X
Z Y Triangle texture 1:60
(a) Velocity of triangular textures in X-Z plane
Velocity magnitude/(m/s)
5.51e+00
Vortex 5.23e+00
4.96e+00
Nusselt-number
4.68e+00
19 000 4.41e+00
18 000 4.13e+00
17 000 3.86e+00
15 000 3.58e+00
13 000 3.30e+00
11 000 3.03e+00
9 000 2.75e+00
7 000 2.48e+00
6 000 2.20e+00
5 000 1.93e+00
4 000 1.65e+00
1.38e+00
3 000
1.10e+00
8.26e−01
5.51e−01
Direction of rotation 2.75e−01
4.15e−05
(b) Distribution of Nusselt number in Y-Z Plane (c) Velocity vector inside the texture in Y-Z Plane
Contours of static temperature/K
z-velocity/(m/s)
3.24e+02
0.5
0.4 3.22e+02
0.3
0.2 3.20e+02
0.1
0 3.18e+02
−0.1 3.16e+02
−0.2
−0.3 3.14e+02
−0.4
−0.5 3.12e+02
−0.6 3.10e+02
−0.7
−0.8 3.08e+02
−0.9 3.06e+02
−1.0
3.04e+02
(d) Streamline diagram in Y-Z Plane (e) Temperature distribution of triangular texture in Y-Z plane

Fig. 11 Distribution of velocity and Nusselt number of triangular texture
图 11 织构内部的场分布和Nu数分布
域的分析发现，流体在刚离开织构时因流通截面积的 使得织构附近压力值和湍动能会有明显变化，同时在
减小存在1个短暂的加速过程，形成抛物线状的流线， 此处速度会有明显变化，Nu数明显增大，进而增大了
而由图12(a2)中所示可知这个区域的湍动能相比其他 流体换热效能.
区域高，比值最高超过3倍；随着流体脱离该区域，流 3.4 织构几何参数优化
速迅速减速并形成小范围的低速区，造成压力差增 以下分析在1 800 r/min的转速下，保持三角形织
大，如图12(a3)和图12(a4)所示，直到临近下一织构时， 构表2中的其他参数不变的前提下，研究其中某一参
[25]
流体再加速进入织构 ，因此织构的存在形成了织构 数变化的影响.
内外的压力差，加强了织构内外部的流体交换，从而 3.4.1 深径比
影响流体在织构附近的流动. 综上分析，织构的存在 假设织构外接圆直径不变，得到由深度(即深径