Page 35 - 《真空与低温》2025年第4期

450 真空与低温 第 31 卷 第 4 期

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为恒热通量、无滑移壁面，热通量设定为 8.67 W/m 。 低压端体积泄漏量仿真结果与 5% 理论最大排液
Fluid1、3、4 区域中的柱塞壁面设置相对运动速度， 量的比值，一般活塞密封泄漏所造成的容积损失不
使用 UDF 设置其运动速度与活塞保持一致。计算 宜超过 5%，在进行设计时我们需要迷宫密封泄漏
方法采用 Piso 算法，计算时间步长设定为 0.000 1 s， 所造成的容积损失小于 5%，C D 大于 1 时说明密封
时间步设定为 1 000 步，总计算时间为 0.1 s，这对 实际泄漏量所造成的容积损失不满足设计需求，而
应了排液行程时间 0.1 s。 理论排液量最大值这里依靠增压泵低压端压缩腔
3
−4
图 6 为不同时刻下液氢增压泵低压端网格变 容积乘以频率可以计算出为 6.78×10 m 。平均泄
化。随着时间的推移，Fluid2 区域整体向左移动， 漏系数随着网格尺寸的减少不断下降，在网格尺寸
同时伴随着压缩腔 Fluid1 的减小与差动腔 Fluid3 为 0.005 mm 和 0.004 mm 时趋于稳定。因此，采用
的扩张。图 7 为不同网格尺寸下迷宫密封排液行 迷宫密封区域网格尺寸 0.005 mm，同时保证计算
程平均泄漏系数，平均泄漏系数 C D 定义为增压泵 精度与计算效率。

−1
速度/（m·s ）
网格
0 1 2 3 4 5 6
t=0 s

t=0.02 s

t=0.04 s

t=0.06 s

t=0.08 s

t=0.10 s

图 6 不同时刻液氢增压泵低压端网格变化
Fig. 6 Changes in the grid at the low pressure side of the liquid hydrogen pump at different times

2 结果与讨论

1.53
1.52 2.1 活塞往复运动对活塞迷宫密封泄漏系数的影响
图
8 为液氢增压泵低压端排液行程泄漏系数
1.51 C D 和活塞速度随时间变化关系图。由于瞬态计算
平均泄漏系数C D 1.50 时不同时刻活塞的速度在不断变化，压缩腔与差动
1.49
1.48
1.47 腔内部流场也在不断变化，迷宫密封泄漏量产生
了一个先增加后降低的变化趋势。作为对比，这里
1.46
提供了排液行程稳态泄漏的泄漏系数，计算稳态
1.45
0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 泄漏系数时，保持迷宫密封结构、物性参数和边界
网格尺寸/mm
条件与瞬态计算时相同，将活塞设定为静止状态。
图 7 不同网格尺寸下迷宫密封排液行程平均泄漏系数 C D 如图 8 所示，相较于瞬态泄漏系数，稳态泄漏系数
Fig. 7 Average leakage coefficients C D for labyrinth seal 要更低一些，这是因为瞬态计算中，运动近壁面剪
discharge stroke with different grid sizes 切流动以及活塞挤压效应的耦合作用增强了压缩