Page 137 - 《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 547

Seal Seal Seal
339
Average end face temperature/K 337 α B b A E β=0° ω β=90° α E C l 1 b ω C b E α l 1 A ω
face
face
face
338
β=270°
336
B
335
A
l 1
D
C
D
334
D
333
332
331 B
0 1 2 3 4 5
Texture row
Fig. 15 Definition of the angle of rotation

Fig. 14 Relationship between average temperature of the end 图 15 旋转角的定义
face and the row number of texture
图 14 织构排数对端面平均温度的影响
333.4
的 [13-15] . 等边三角形的旋转角可定义为当三角形的高 333.2
所在的直线DA与密封环旋转方向完全重合时，设旋 333.0
332.8
转角为0°，当DA以等边三角形的形心E逆时针旋转 Average end face temperature/K 332.6
时，设旋转角β值为正，反之则为负. 给出β=0°，90°， 332.4
270°三种角度下的角度如图15所示. 因此，在保持其 332.2
他结构参数不变的前提下. 图16示出了不同旋转角度 332.0
331.8
下等边三角形织构型密封的端面平均温度变化曲线. −50 0 50 100 150 200 250 300 350
由图16看出，其中当旋转角为90°时，端面温度达 Rotation angle, β/(°)

到最高值. 当旋转角度等于270°时端面温度最低，而 Fig. 16 Relationship between the temperature and the
rotation angle of texture
旋转角大于或小于270°时端面的温度均呈现较高趋
图 16 织构旋转角度对温度的影响
势，为了对上述现象做出解释，图16给出了针对这两
个旋转角度的速度场分布情况.
当旋转角等于270°时，动环外周织构面附近均呈现出
由图17看出，当旋转角等于90°时，动环外周织构
最高的流速，而且每排织构附近均被冷流所覆盖，因
面靠近密封腔出口产生了回流，尽管这种回流产生的
此每排织构均起到强制对流换热作用；与此同时，每
涡漩使得每排织构周围的流速加大，但是同时也严重
阻碍了冷流与动环外周织构面之间的充分接触与对 排织构周围冷热流的交互作用最终将摩擦热通过密
流换热效应，冷热流之间的换热发生在远离织构面的 封腔来流顺利带出腔体，起到了很好的对流换热作

地方，因此换热效果不佳，导致出现最高端面温度. 而 用，因此端面温度最低.

Veloicty-magnitude/(m/s) Veloicty-magnitude/(m/s)
6.0 6.0
5.5 5.5
5.0 5.0
4.5 4.5
4.0 4.0
3.5 3.5
3.0 3.0
2.5 2.5
2.0 2.0
1.5 1.5
1.0 1.0
0.5 0.5
(a) Rotation angle is 90° (b) Rotation angle is 270°

Fig. 17 Flow field of equilateral triangular texture at the rotation angle of 90°and 270°
图 17 等边三角形织构在旋转角90°、270°时的流场云图