● 摘要
刷式密封技术应用于涡轮发动机已有二十多年历史，随着设计水平、制造技术及计算机运算能力的提高，刷式密封技术的研究也得到了快速发展。刷式密封与传统的迷宫密封相比，具有良好的密封性能、结构紧凑的同时，在自适应能力上具有明显优势，因而被认为是一种有效的替代密封形式。本文针对新型刷式密封物理结构，应用各向异性多孔介质模型，建立了刷式密封流场计算数学模型。用阻抗力表示刷丝对流动介质的阻碍作用，并将其作为动量守恒方程的源项。以有限体积法和SIMPLE算法为基础建立刷式密封低滞后计算模型。在流场解算的基础上，得到刷式密封的压力分布、速度分布以及泄漏量等与刷式密封性能相关的动力学性能。对计算结果进行了分析研究，讨论研究了不同结构参数和工况参数对刷式密封性能的影响。模型中同时研究了刷丝在流场中的三维行为，用有限元法计算了不同结构的刷式密封流场中的刷丝变形。由刷丝变形结果计算得到刷丝与背板之间接触力大小，对低滞后模型和普通结构模型的密封特性进行了比较，得出了有益的结论。论文的研究表明，考虑刷丝变形的各向异性多孔介质低滞后刷式密封计算模型，计算结果合理，能较好地用于刷式密封性能分析，且可作为一种有效的研究分析手段。低滞后密封结构可有效降低背板接触力，改善滞后效应使刷丝随动自适应性增加，这对保持密封系统的工作状态是有益的。背板和刷丝间隙等结构参数的改变，也使得密封性能有相应改变。