袋型阻尼密封动力学特性双控制体Bulk Flow模型

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (7) : 26 -38.

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摘要

为快速准确预测袋型阻尼密封泄漏特性和动力学特性，针对传统单控制体Bulk Flow模型预测精度低、无法预测交叉动力系数的问题，提出了袋型阻尼密封双控制体Bulk Flow模型和动力学特性数值预测方法，并开发了计算程序。首先，依据边界层理论，将袋型密封腔室划分为两个控制体，推导了控制体的连续性、周向动量和能量方程，引入Swamee-Jain和Takahashi方程，计算流体-壁面间和流体-流体间的周向黏性摩擦力；其次，采用牛顿-拉夫森算法和摄动分析法分别求解0阶和1阶控制方程，获得各刚度、阻尼动力特性系数；然后，通过与袋型阻尼密封泄漏量和动力特性系数的实验值、单控制体Bulk Flow模型和非定常计算流体动力学(CFD)数值结果进行比较，验证了模型和方法的准确性和可靠性；最后，研究了转子转速(10 000、15 000、20 000 r/min)和预旋比(0.067、0.724、0.997)对袋型阻尼密封动力学特性的影响。结果表明：所发展的模型和方法具有计算速度快、预测精度高(泄漏量预测误差小于6%,动力特性系数预测误差小于38%)的优点；转子转速和进口预旋的增大均会导致袋型阻尼密封有效阻尼显著减小，穿越频率显著增大，易诱发轴系失稳。