高速深冷介質動壓密封液膜汽化相變性能分析

馮瑞鵬，馬潤梅，宋仁龍，李雙喜，張志慧

（1.北京化工大學 流體密封技術研究中心，北京 100029；2.中國科學院 過程工程研究所，北京 100190）

0 引言

隨著科技和工業發展需求，人們對極端工況下的密封性能越發重視，具有良好的潤滑性、穩定性和極小磨損的螺旋槽動壓密封獲得越來越多的關注和研究。深冷介質液體燃料因具有綠色、輕量、高能等特點，在航天火箭發動機上廣泛使用，但深冷介質在復雜工況下的極易發生汽化相變，密封端面潤滑方式將由液膜潤滑變為氣液兩相潤滑甚至是氣膜潤滑，對密封的性能產生直接影響甚至導致密封失效，造成深冷介質燃料泄漏而發生爆炸，故密封性能直接決定發動機能否可靠運行。

已經有許多學者對螺旋槽液膜密封進行了研究。早在20 世紀90 年代，Hughes 等［1］對端面密封中的相變進行了研究，并建立了間斷沸騰模型。之后，使用層流，等溫和絕熱的邊界條件，使用真實氣體物性參數對平行平面間隙和錐形密封端面的相變效應進行了計算分析，得出當發生相變時，密封間隙減小，可能導致密封失效。Beatty 等［2-3］考慮密封間隙內液體汽化相變導致汽液兩相分層流動，通過計算分析得到了密封泄漏受密封間隙內的兩相分布的影響程度。Salant 等［4］等建立了數學模型，對相變帶來的密封特性進行了研究，還對上游泵送機械密封中的流體膜進行了模擬數值分析，計算了空化現象對密封穩定性特征的影響。劉錄等［5-8］開展液膜汽化相變動壓實驗來研究液膜汽化相變現象對密封穩定性的影響，液膜汽化相變會導致開啟力的增大，增大密封端面間隙引起密封失效或者引起密封端面間隙形狀變化降低密封運行的穩定性?！?br>