Page 96 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 吴可欣, 等: 阻旋栅对梳齿密封动静特性影响研究 651

12 No brake 旋栅个数为30个时产生的涡最大，但涡的形成对下游
Circumferential velocity/(m/s) 8 6 4 n=90 当阻旋栅个数增加时，涡强度逐渐减小，而阻旋栅对
流体流速并没有明显影响，对流体导向作用也下降.
10
n=30
n=60
流体导向作用增强，周向速度减小.
2.1.3 进口预旋比对周向流动的影响

为研究不同进口预旋比下阻旋栅对密封周向速

λ=0.51、
进口预旋比
λ=0.36、
λ=0.81下密封流动特性，
0 2 度的影响，取阻旋栅个数n= 90，分别计算了三种不同
30 31 32 33 34
Position/mm 并与无阻旋栅模型对比. 预旋比定义为
Fig. 8 Circumferential velocity distribution for λ= v t (5)
various swirl brake numbers c
图 8 不同阻旋栅个数下密封腔周向速度分布 式中： v t 为密封进口处平均周向速度，c为转子表面线
速度.
s=0.20 mm、s=0.25 mm) 下周向速度云图及阻旋栅间
图12给出了三种预旋比( λ=0.36、 λ=0.51、 λ=0.81)
速度场，其中LE与TE分别为阻旋栅前缘与尾缘. 可以
下无阻旋栅与安装90个阻旋栅时，密封腔室内周向速
看出随着阻旋栅间隙的增加，阻旋栅与第一齿间空腔
度沿径向高度的变化. 可以看出：①随进口预旋比的
内流体周向速度增加，第一个密封腔内周向速度增
增加，密封内流体周向速度都逐渐增加；②在阻旋栅
加，阻旋栅间涡流强度减弱.
作用下，密封腔室周向速度可降低约75%.
图10为不同阻旋栅长度(l=2.25 mm、l=3.25 mm、 2.1.4 阻旋栅几何特性对周向压力分布的影响
l=4.25 mm)下周向速度云图及阻旋栅间速度分布. 随 密封周向压力分布不均是导致流体激振的重要
着阻旋栅长度的增加，阻旋栅与第一齿间空腔的周向 原因. 以阻旋栅后第一个密封腔中心截面处的压力为
速度逐渐减小，第一个密封腔内周向速度减小. 阻旋 对象，分析阻旋栅对密封腔室周向压力分布的影响.

栅长度的增加显著增强对流体的导向作用，对涡流强 图13为t=0.1 s，Y方向激励时周向压力分布，沿周向均
度影响不大. 呈正弦规律变化，周向压力分布不均主要表现在周向
图11为不同阻旋栅个数(n=30、n=60、n=90)下周 压差以及压力绝对幅值的变化，阻旋栅可以有效降低
向速度云图及阻旋栅间速度分布. 随着阻旋栅个数的 密封腔室周向压力绝对幅值，压力越小，湍流耗散越
增加，阻旋栅与第一齿间空腔内流体周向速度显著减 大，密封腔内流体趋于稳定，而对周向压差影响相对
小，第一个密封腔室内周向速度分布趋于均匀. 当阻 较小. 随着阻旋栅间隙、长度减小及周向个数增加，压

LE Swirl TE Velocity u LE Swirl TE Velocity u LE Swirl TE Velocity u
6.000 6.000 6.000
brake brake brake
4.286 4.286 4.286
2.571 2.571 2.571
0.857 0.857 0.857
−0.857 −0.857 −0.857
Y −2.571 Y −2.571 Y −2.571
Z −4.286 Z −4.286 Z −4.286
X −6.000 X −6.000 X −6.000
Velocity/(m/s) Velocity/(m/s) Velocity/(m/s)
12.000 12.000 12.000
11.143 11.143 11.143
10.286 10.286 10.286
9.429 9.429 9.429
8.571 8.571 8.571
7.714 7.714 7.714
LE TE 6.857 LE TE 6.857 LE TE 6.857
6.000 6.000 6.000
5.143 5.143 5.143
4.286 4.286 4.286
3.429 3.429 3.429
2.571 2.571 2.571
1.714 1.714 1.714
0.857 0.857 0.857
0.000 0.000 0.000
Flow direction Flow direction Flow direction
(a) s=0.15 mm (b) s=0.20 mm (c) s=0.25 mm
Fig. 9 Circumferential velocity cloud and velocity distribution for various swirl brake clearances
图 9 不同阻旋栅间隙下密封周向速度云图及阻旋栅间速度分布