黄伟峰 王伟达 刘 莹 刘向锋 何 强

(清华大学摩擦学国家重点实验室 北京 100084)

氦气透平在高温气冷堆核电站[1]、航天等领域[2-3]具有重要应用。对于氦气透平，轴封技术是其关键技术和难点之一，而干气密封由于其低泄漏、高可靠性特性，是一种非常理想的氦气透平轴密封型式。干气密封是一种非接触式气体润滑密封[4]，其工作性能与基于流场、传热、变形的综合仿真分析设计能力密切相关。

自干气密封于20世纪60年代出现以来，大批专家学者在干气密封的理论建模及仿真计算方面开展了研究。相关研究大致可分为两类。其中之一是基于等温假设的纯流场分析计算[5-8]，由于流场分析是干气密封性能分析的基础，因此相关研究较多。采用的方法包括用于螺旋槽密封的解析法[5]，基于有限元法[6]、有限差分法[7]等的全数值法，以及结合了解析法和离散方法特征的半解析法[8]等。另一类是考虑了传热过程、固体变形两者之一或者全部的多场耦合分析，这类方法考虑的因素完整，对干气密封性能预测更加准确，是干气密封分析方法的发展方向。LEBECK[9]在其著作中从求解机械密封环端面位移的圆环理论出发，构建了基于线性位移分布的多场耦合模型。THOMAS等[10]通过数值求解流场、传热、变形场，建立了高压干气密封的多场耦合模型。BAI等[11]对高压及高转速工况下的干气密封进行了耦合分析。FAIRUZ等[12]面向工程中的密封结构，在较为准确的几何模型和边界条件下进行了单向热-流固分析。……