采用叉排管束模型的刷式密封刷丝束变形特性研究

摘要

采用刷式密封三维叉排管束泄漏流动数值模拟与有限元分析模型相结合的流固耦合方法，研究了刷丝束在气动载荷作用下的变形特性。通过数值求解三维雷诺时均Navier-Stokes (RANS)方程组和SST k-ω湍流模型，获得了刷丝束气动载荷，刷丝束有限元接触模型综合考虑了刷丝束内部存在的摩擦接触力。研究表明：随着压比的增大(1.5～3.0),刷式密封泄漏流量系数增大的趋势逐渐减缓，第5～9排刷丝承受压差占比从60%增长至70%,转速对刷式密封泄漏流场影响微弱。刷丝所受周向和径向气流力大小相当，二者合力方向与刷丝垂直，轴向气流力则是周向、径向气流力的13.6～18倍。较大轴向气流力使刷丝在围栏高度区域向下游发生轴向弯曲，压比为1.5、2.0、2.5和3.0时，刷丝束最大轴向变形量分别为0.077、0.096、0.114和0.130 mm。较小周向、径向力以及后排刷丝与后夹板之间较大摩擦接触力，使刷丝周向和径向变形量很小。刷丝束所受轴向气流力与法向气流力的比值可用于分析刷丝周向变形滑移。所建立的基于刷式密封叉排管束模型的流固耦合方法为分析刷丝束变形特性提供了研究途径。

关键词

刷式密封 / 刷丝束 / 三维叉排管束 / 变形

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52376029)