1215 / 2023-03-19 08:19:24

密封间隙沸腾两相流形成机理数值仿真与实验

端面间形成液膜的非接触动静结合型机械密封在低温液体火箭发动机高速涡轮泵中有好的工程应用前景，但液膜受高速高压等工况影响极易产生气-液两相流现象；该类密闭空间中的两相流形成机理尚不明确，尚无较好的模型和试验对其进行仿真模拟及实验验证。本文采用数值仿真和实验两种方法对微小间隙内流动沸腾两相流的形成以及演化进行详细研究，提出了基于VOF模型的间隙流动沸腾两相流模型，搭建了一套较为完整的间隙流动沸腾可视化实验平台，探究了间隙内流动沸腾相变及换热的主要机理及影响因素。结果表明，微通道结构显著影响间隙内流动沸腾相变过程中的气泡行为，其中有较大的换热面积和直角棱结构使得间隙内更容易产生气泡；在入口温度较高、体积流量较低的工况下，气泡生长更快、形变更大，更容易出现泡状流、弹状流等流型变化；随着入口温度的升高，间隙内换热系数呈现不断增长趋势；利用高速摄像系统实验得到了间隙内流体气泡形成过程和工况参数对气液相变行为的影响规律；实验和仿真结果在两相流行为规律演变趋势的研究结果具有一致性，定量存在一定差别，仍需要更完善的实验对理论模型进行验证。