题目：柱面气膜密封特性分析

大功率高速旋转流体机械的关键部位，由于密封界面处于高温、高压差和高的界面滑速下，普通的接触式机械端面密封难以胜任，这些关键部位的密封多采用非接触式动密封。气膜密封作为一种优秀的非接触动密封形式已经成为国内外研究的重点，由于端面气膜密封已经广泛应用于地面工业燃气轮机上，并取得了良好的密封效果和可观的经济效益，为气膜密封在航空发动机上应用提供了可能性参考。后者由于其密封位置、密封所处工作条件和密封对象结构型式的不同，密封部位不仅存在“三高”的工况，而且转子系统的“大振”位移对密封结构提出更高的设计要求，非常需要探索新的密封型式。论文对一种新型柱面气膜密封结构进行了分析，在对此密封结构进行简化的基础上，得到了对应的柱面气膜密封简化分析模型，以期对柱面气膜密封研究方法和思路进行探讨以及对柱面气膜密封的密封特性进行分析。针对所分析的柱面气膜密封结构，建立了旋转坐标系下的简化柱面气膜密封模型的控制方程；结合工况条件对密封性能分析的基础—气膜压场分布进行了数值计算，使用有限元和有限差分法对控制方程进行了求解，给出了两种数值算法的比较，比较结果表明有限元法更适合柱面气膜密封特性的求解；同时对柱面气膜密封控制方程对应的压场分布特点进行了讨论。在压场计算的基础上，对密封系统的气膜开启力等稳态特性进行了计算分析。针对螺旋槽密封界面详细计算了螺旋槽参数对稳态特性的影响，给出了槽数、螺旋角等结构参数对密封稳态特性的影响分布曲线，分析讨论了相关参数对密封性能的影响及参考取值范围。采用微扰线性化分析方法给出了建立系统动态特性系数求解详细过程，使用有限元法对稳态控制方程和微扰控制方程联立求解，得到了柱面气膜密封的刚度和阻尼系数，分析了动特性系数的特点。联立转子动力学方程进行迭代求解得到了表征稳定性的特征参量曲线，结果验证了柱面气膜密封半频涡动现象的存在，并分析了螺旋槽存在对稳定性的影响。论文的分析研究为柱面气膜密封系统性能设计提供了有效的方法，对揭示有关工作机理和工程设计有着较高的参考价值。