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间隙沸腾两相流形成机理数值仿真与实验

摘 要: 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较好的工程应用前景，但端面液膜受高速高压等工况极易产生气-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。本文基于K-ω SST湍流模型及VOF多相流模型构建了毫米级间隙通道内液膜的沸腾相变模型，模拟仿真得到了不同工况下间隙液膜气-液相变形成及两相流动特性，探究了工况条件对液膜中沸腾两相流形成的影响规律。结果表明通道内的结构突变有利于散点状小气泡的生成，受限通道内会出现散状泡状流到柱塞状等的流型变化；热流密度以及入口温度对通道空间内的沸腾相变具有促进作用，而入口流速对沸腾相变有抑制作用；不同工况下的沸腾相变形成对通道内换热系数以及最大温度点位置具有一定的影响。发展了一套较为完整的沸腾两相流实验测试系统，并初步开展了通道内沸腾相变的实验研究。理论和实验结果将有助于深入了解密封间隙内流体的沸腾相变机理。

关键词:  低温机械密封；气-液两相流；数值仿真；可视化实验；