Page 8 - 摩擦学学报2025年第8期

1106 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

表 2 几何参数与工况参数 中考虑相变时的结果用PC表示，无相变模型结果用
Table 2 Geometric parameters and working
RE表示，其中无相变模型结果通过求解液态条件下的经
condition parameters
典Reynolds方程获得. 由图5可见，当密封压力为2 MPa
Parameters Specifications Parameters Specifications
时，140 K的密封端面介质氧处于完全气态条件下，采
r o /mm 45 d k /mm 0.5
r i /mm 30 w j /mm 1.5 用液态下的Reynolds方程获得膜压明显偏大. 当密封
h g /μm 12 h j /μm 200
压力为2.5 MPa时，虽然在密封腔内介质氧处于气态，
12 n/(r/min) 30 000
N g
h c /μm 4 p i /MPa 0.1 但在密封端面螺旋槽的槽底附近，介质氧处于气液混
α/(°) 18 p o /MPa 3.0 相甚至液态氧状态，其膜压分布也明显不同于RE模型
下的膜压. 而当密封压力为3 MPa时，密封腔内氧处于
的饱和蒸汽压，流体膜处于全液状态；在均压槽的下 液体状态，均压槽上游侧密封介质为液态，膜压分布
游侧，由于流体膜压逐渐降低，当压力低于当前温度 结果与RE模型相近，下游侧则处于混相和气态条件，
的饱和蒸汽压时，流体膜由液态逐渐转变为气态. 随 膜压分布与RE模型有一定差距，考虑相变时出口侧的

着温度的增加，液氧的饱和蒸汽压升高，因此由图4(a) 膜压变化更急剧.
可见，均压槽下游侧发生相变的区域逐渐增大，密封 图6所示为密封压力3 MPa时不同温度下端面圆
介质以气态氧的形式从密封端面逸出. 由图4(b)的膜 周方向(r =42.5 mm)和螺旋槽下游侧螺旋线方向的液
g
压分布可见，随着温度的升高，流体膜最大压力存在 膜压力和相态分布云图. 图6所示螺旋槽区用Groove
微弱的降低，这是因为液态氧的动力黏度随温度的升 region 1表示，均压槽区用Groove region 2表示. 由图6(a)
高而降低(表2)，导致上游侧螺旋槽的流体动压效应减 可知，温度对槽区内的膜压具有更大的影响作用，而
弱. 需要说明的是，下游侧介质的汽化可在一定程度 在堰区，温度对其的影响较弱. 在端面槽根处动压效
上增强流体膜的静压效应，起到弥补螺旋槽动压效应 应更强，沿圆周方向压力不断增大直至槽根与堰区分
降低的效果. 界位置，周向角度至堰区时压力骤降，重新到槽区时
为了对比分析相变对膜压的影响，给出了不同介 压力回升；在槽区内，相变模型获得膜压明显小于RE
质压力下(温度为140 K)考虑相变和不考虑相变时端 模型. 由图6(b)可知，沿螺旋线方向从内径向外径，端
面膜压分布及相变时的相态分布云图，如图5所示. 图 面膜压先迅速增大至均压槽内的密封压力，而后由于

表 3 流体介质的基本物性参数
Table 3 Physical property parameters of fluid medium
Saturated Gas Gas
3
Fluid medium Temperature/K Liquid density/(kg/m ) Liquid viscosity/(Pa·s)
pressure/MPa density/(kg/m ) 3 viscosity/(Pa·s)
125 1.35 939.72 52.11 87.09×10 −6 9.91×10 −6
130 1.75 902.48 68.37 77.57×10 −6 10.45×10 −6
LOX
135 2.23 860.98 89.25 68.69×10 −6 11.06×10 −6
−6 −6
140 2.79 813.24 116.76 60.22×10 11.82×10

T=125 K T=130 K T=125 K T=130 K

T=135 K T=140 K T=135 K T=140 K

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.8 1.6 2.4 3.2 4.0
Liquid volume fraction Pressure/MPa
(a) Liquid volume fraction (b) Film pressure
Fig. 4 Film pressure and phase distribution at different temperatures
图 4 不同温度下膜压与相态分布