Page 33 - 《真空与低温》2025年第4期
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448 真空与低温 第 31 卷 第 4 期
本文以一种两级液氢增压泵低压端活塞迷宫 所示。图 3（a）为流道几何模型分区示意图，为了
密封为研究对象，简化了增压泵低压端压缩腔、差 方便后续网格划分和动网格设置，完整的流道被划
动腔和活塞的结构，并构建了包括增压泵低压端压 分为了七个区域，具体的分区命名如表 1 所列，具
缩腔、差动腔和迷宫密封流的流道模型。图 2 为 体取值如表 2 所列。这些区域依照其运动特性被
液氢增压泵低压端活塞迷宫密封流道，橙色部分为 分为四组：Fluid1（2）、Fluid2（1、3、4、5）、Fluid3（6）、
计算截取的流道，包含了完整的低压端压缩腔、差 Fluid4（7），如图 3（b）所示。
动腔和活塞迷宫密封通道，截取了部分柱塞通道。
液氢液池入口
由于迷宫密封在径向和轴向的尺寸差异极大，径向 迷宫密封
上间隙高度比活塞长度小了 4 个数量级，所以仿真 低压端压缩腔 差动腔
采用二维轴对称模型进行计算是可行的，对结果影 柱塞
响很小且计算效率大幅提高。由于本节只计算低 柱塞通道出口
压端排液行程泄漏量，所以入口阀一直处于关闭状 轴线
态，其内部流场对于迷宫密封几乎没有影响，为了 图 2 液氢增压泵低压端活塞迷宫密封流道
节省计算资源活塞内部流道被省略。 Fig. 2 Liquid hydrogen booster pump low pressure side piston
经过简化后的迷宫密封流道几何分区如图 3 labyrinth seal flow channel
L 1 L 2 L 3 L 4
L 5
d 3 d 4
d 1 d 2
d 5
（a）几何模型分区
1
4
2 5 6 7
Fluid3
Fluid1 Fluid2 Fluid4
3
（b）几何模型尺寸
图 3 迷宫密封流道几何模型
Fig. 3 Geometric modeling of labyrinth seal flow channel
表 1 迷宫密封流道分区 0.3 mm，迷宫间隙高度 H = 50 μm。
Tab. 1 Labyrinth seal flow channel partitions
表 2 迷宫密封流道尺寸取值
分区 名称 Tab. 2 Labyrinth seal flow channel values
1 迷宫密封区域 名称 取值/mm
2 压缩腔区域 d 1 64
3 柱塞流道区域 d 2 44
4 密封前缓冲区域 d 3 48
5 密封后缓冲区域 d 4 54
6 差动腔区域 d 5 10
7 差动腔进液区域 L 1 72
L 2 40
图 4 为迷宫密封结构及流道尺寸标注，迷宫密 L 3 8
封段长度 L 为 40 mm，迷宫空腔形状为矩形，空腔 L 4 5
长度 L s = 1 mm，空腔深度 H s = 0.2 mm，空腔间隔 L j = L 5 18
