多級(jí)刷式密封級(jí)間壓降分配直接影響刷式密封的封嚴(yán)特性和使用壽命,現(xiàn)有多級(jí)刷式密封結(jié)構(gòu)存在各級(jí)壓降不均衡導(dǎo)致密封提前失效的問(wèn)題。本文建立多級(jí)刷式密封三維實(shí)體流固耦合求解模型,設(shè)計(jì)搭建多級(jí)刷式密封實(shí)驗(yàn)裝置,在數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相互驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,研究了工況參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)多級(jí)刷式密封級(jí)間壓降分配的影響規(guī)律,揭示了多級(jí)刷式密封級(jí)間壓降不均衡性的產(chǎn)生機(jī)理。研究結(jié)果表明:在本文研究工況下,相同結(jié)構(gòu)的兩級(jí)刷式密封各級(jí)壓降占比分別為32%～35%和65%～68%,三級(jí)刷式密封各級(jí)壓降占比分別為21%～27%、27%～32%、41%～52%,多級(jí)刷式密封各級(jí)承擔(dān)壓降逐級(jí)增大,進(jìn)出口壓比對(duì)級(jí)間壓降分配影響不大;增大刷絲束與轉(zhuǎn)子表面間徑向間隙、刷絲之間間隙以及后擋板高度均可改善各級(jí)壓降分配,同時(shí)也會(huì)增加泄漏量;影響多級(jí)刷式密封級(jí)間壓降均衡性的主要原因是逐級(jí)不均勻增大的體積流量,各級(jí)壓降隨體積流量逐級(jí)不均勻的增加而增大;增大下游級(jí)流道截面積可有效降低體積流量,平衡多級(jí)刷式密封各級(jí)壓降。本文研究結(jié)果為多級(jí)刷式密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：航空學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：13 頁(yè)

【部分圖文】：

刷式密封結(jié)構(gòu)圖

本文通過(guò)ANSYS Workbench數(shù)據(jù)交換平臺(tái)提供的System Coupling模塊實(shí)現(xiàn)刷絲固體域和氣體流體域的雙向耦合。刷絲變形分析采用ANSYS軟件中的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析方法，流場(chǎng)特性采用CFX中RNG k-ε湍流模型進(jìn)行分析。刷式密封雙向流固耦合求解采用雙重循環(huán)迭代方法。圖2給出了刷式密封流固耦合方法流程圖，Tn時(shí)刻循環(huán)開(kāi)始，以Tn-1時(shí)刻流場(chǎng)的壓力與速度分布和刷絲變形的位移結(jié)果信息作為初始條件，流體域進(jìn)行若干子步計(jì)算收斂后，通過(guò)網(wǎng)格插值將得出的流場(chǎng)壓力與速度分布等信息傳遞于刷絲固體域耦合面，刷絲固體域耦合面以其邊界條件計(jì)算得到刷絲瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)，然后刷絲變形的位移等信息再通過(guò)網(wǎng)格插值傳遞給流場(chǎng)耦合面，作為流場(chǎng)耦合面的邊界條件，至此流體域與固體域的位移、載荷都達(dá)到收斂狀態(tài)時(shí)，則完成一次雙向耦合迭代計(jì)算，繼續(xù)進(jìn)入Tn+1時(shí)刻循環(huán)。在雙向流固耦合方法下，可獲得任一時(shí)刻刷式密封流場(chǎng)壓力速度分布特性和刷絲運(yùn)動(dòng)變形特性。1.2 多級(jí)刷式密封計(jì)算模型

圖3給出了三級(jí)刷式密封實(shí)驗(yàn)件實(shí)物圖與三維計(jì)算模型及其對(duì)應(yīng)關(guān)系。表1中給出了多級(jí)刷式密封結(jié)構(gòu)參數(shù)。刷絲材料為鎳基高溫合金，彈性模量為213.7GPa，泊松比為0.29。由于刷式密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模時(shí)需要對(duì)刷式密封進(jìn)行簡(jiǎn)化，選取刷絲束焊接區(qū)域以下建立三級(jí)刷式密封三維計(jì)算模型�？紤]到刷式密封整周為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)以及帶有弧度的實(shí)驗(yàn)件的加工難度及成本，按其周向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)加工了相應(yīng)的等長(zhǎng)無(wú)弧度多級(jí)刷式密封直型段實(shí)驗(yàn)件。為提高計(jì)算效率，建模時(shí)選取刷絲束中間整排與兩側(cè)軸向切半的叉排結(jié)構(gòu)作為最小周期循環(huán)單元建立計(jì)算模型[21]，多級(jí)刷式密封實(shí)驗(yàn)件的長(zhǎng)度由一定數(shù)量的最小循環(huán)單元的周向長(zhǎng)度組成，其數(shù)量等于實(shí)驗(yàn)件長(zhǎng)度與最小循環(huán)單元周向長(zhǎng)度的比值，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算后，將最小循環(huán)單元的相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)與上述比值相乘，即可進(jìn)行數(shù)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比[22]。1.3 網(wǎng)格劃分與邊界條件

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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