螺旋槽干气密封数值计算精度及效率分析

摘要

在干气密封数值计算中，网格数量和收敛精度是决定计算精度与效率的关键参数.为系统研究二者对计算精度与效率的影响规律，本文以螺旋槽干气密封为对象，采用有限差分法求解考虑实际气体效应的稳态气膜压力方程，考察了2.03、3.05、5.08μm三种膜厚下，不同网格数量与收敛准则(相对收敛精度1×10^-5、1×10^-6、1×10^-7及绝对收敛精度1×10^-15)对计算精度和效率的影响.研究表明：当采用相对判断收敛准则时，网格数量与收敛标准呈正相关，膜厚与收敛标准呈负相关；同一膜厚和相对收敛精度下，计算时间随网格数量近似线性增长；在网格数41×79～151×293范围内，采用绝对收敛精度1×10¹⁵可在不同膜厚下实现计算精度与效率的平衡；此外，在网格数41×79～71×137范围内，四种收敛精度下开启力与泄漏率的相对误差均小于5%.综合考虑计算精度与效率，推荐采用相对收敛精度1×10^-5.本研究为该类密封结构的数值模拟提供了网格与收敛准则设置的参考依据.

关键词

干气密封 / 螺旋槽 / 数值计算 / 计算精度 / 计算效率

基金资助

国家自然科学基金项目（52105189）; 云南省科技厅基础研究专项-面上项目(202401AT070404); 云南省教育厅科学研究基金项目（2024J0075）