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刷式密封刷丝浮升效应流固耦合数值研究

刷式密封刷丝浮升效应会直接影响其封严性能与使用寿命，本文建立了刷式密封刷丝浮升效应理论模型，采用Arbitrary Lagrange-Euler（ALE）流固耦合方法建立了刷式密封浮升效应三维瞬态数值模型，在验证了数值模型准确性基础上，研究了刷丝总体变形特性，量化分析了刷丝自由端轴向、径向和总体变形量，研究了结构参数与工况参数对刷式密封刷丝浮升效应的影响规律，揭示了刷式密封刷丝浮升效应诱发机理。研究结果表明：刷式密封刷丝浮升效应是前排刷丝受非定常径向气流作用产生的刷丝扰动现象，刷丝浮升效应会使前排刷丝向来流方向发生较大变形，并使前排刷丝与转子面产生径向间隙，泄漏量增加。当进出口压比从2提高至4，刷丝自由端平均变形量增加了47%，将前挡板保护高度从1.5mm提高至2.5mm，刷丝自由端平均变形量增加了36%，均使刷丝浮升效应增强。刷式密封前挡板与刷丝束间隙提供的径向气流通道，进出口压差在前挡板与刷丝束间隙内产生的径向压力梯度是刷丝浮升效应的诱发条件，提高刷丝直径和降低前挡板与刷丝束间隙均可降低刷丝浮升效应。