Page 136 - 《摩擦学学报》2020年第4期

546 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

Velocity magnitude/m/s Velocity Tur-kinetic-
magnitude/(m/s)
2
5.67e+00 energy/(m /s ) 2
5.39e+00 3.50 4.2
5.10e+00 3.00
4.82e+00 3.4
4.54e+00 2.50 2.6
4.25e+00 2.00 1.8
3.97e+00 1.50
3.69e+00 1.00 1.0
3.40e+00
3.12e+00 (a1) Speed vector (a2) Turbulent energy
distribution
2.84e+00 Direction of
2.55e+00 rotation Pressure/pascal
2.27e+00
1.99e+00 810 000 Nusselt-number
808 000
1.70e+00 806 000
1.42e+00 804 000 44 000
1.13e+00 802 000 36 000
8.51e−01 798 000 28 000
5.67e−01 Y 796 000
2.84e−01 Z X 794 000 20 000
4.82e−01 792 000
(a3) Pressure distribution (a4) Nusselt number
distribution
(a) Velocity vector outside the texture

Temperature/K
314
312
310
308
306
304

(b) Streamline in X-Z plane (c) Temperature in X-Z plane

Fig. 12 Flow field outside the texture
图 12 织构外部的场分布

比)变化引起的端面平均温度变化曲线，如图13所示. 332.0 End face average temperature 12.0
其中，曲线1为不同深径比下的平均温度曲线，曲线 Temperature reduction
2为不同深径比下的换热效果曲线. 331.8 11.5
换热效果随深径比增加而减弱，减弱的幅度在深 Average end face temperature/K 331.6 Temperature reduction/%
径比增大到0.15左右时已变得很小，端面平均温度随 11.0
深径比增大而升高，究其原因，是当深径比增大时，织 331.4 10.5
构内外流场的叠加效果差甚至出现断裂带 ；相反，
[20]
当深径比过小时，由于织构引起的涡漩区和加速区的 331.2
10.0
影响也会减弱，因此削弱对流换热能力. 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
Depth to diameter ratio, h/d
3.4.2 织构排数
Fig. 13 Relationship between the temperature and the depth
在模拟分析中，保持其他结构参数不变，通过改
to diameter ratio
变织构排数获得的端面平均温度变化曲线，如图14所 图 13 深径比对温度的影响
示. 可以看出，动环外周面有无织构对端面温度影响
很大，单排织构型机械密封的端面温度要比普通型机 得出，靠近端面的织构在换热过程中承担更重要的角
械密封低近5 ℃；织构排数对端面温度的影响也比较 色，这个结论在后面的排列方式部分也得到了证明.
明显，4排织构数相比于1排织构数其端面温度下降近 3.4.3 旋转角度
2 ℃，但是当织构排数达到5排后，端面温度降幅趋于 已有研究表明，类似等边三角形这种方向性织
平缓. 从图8~9和图12所示流场及Nu数分布图中可以 构，其旋转角度对流场进而对温度场影响是不可忽略