冯东林 吉 华 李 倩 张子扬 陈 志

(四川大学化学工程学院 四川成都 610065)

以上研究表明合理排布密封端面上的微孔能够有效改善密封性能。目前密封端面微孔排布的研究主要针对单一孔型，本文作者在前述研究的基础上，选用圆形、椭圆形和等腰三角形等3种微孔随机组合，建立了由不同形状微孔组合排布的三孔密封模型，研究不同形状微孔搭配对机械密封性能的影响。

1 计算模型

1.1 几何模型

图1所示为多孔型搭配下微孔端面机械密封的局部几何模型。如图1(a)所示，微孔沿径向呈放射状、周期性分布，密封端面内半径ri=24 mm，外半径ro=27 mm。pi、po分别为密封环内径和外径处压力。图1(b)所示为一个周期内的微孔分布，每个周期沿径向等距分布3个扇形域，每个扇形域内包含一个微孔，记作一个控制单元。图1(c)所示为单个控制单元的截面，hp表示微孔深度，h0表示密封环间隙。图1(d)所示为不同形状方向性微孔的方向角示意图，微孔长轴为2a，短轴为2b，不同形状微孔的长短轴之比相等。

图1 端面机械密封微孔分布及计算域Fig 1 Micro-pores distribution of mechanical seal and calculation domain (a) micro-pores distribution;(b) micro-pores distribution in one cycle;(c) cross section of micro-pore; (d) orientation angle of micro-pores

定义方向角α为方向性微孔的长轴与线速度的夹角，α∈[0°,360°]。文中涉及孔型共3种，以C表示圆形孔，E表示椭圆形孔，T表示等腰三角形孔。微孔面积比Sp为微孔面积与密封端面面积之比。

1.2 数学模型

考虑以下假设：(a)润滑液为牛顿流体;(b)沿液膜厚度方向，密封间隙压力梯度为0;(c)忽略温度和惯性力影响，流体黏度μ保持不变；(d)流体流动为层流。采用文献[10]中的流动因子判断方法，经计算，流动因子ξ<1，故流动假设为层流是可行的。

基于上述假设条件，采用极坐标下基于质量守恒的JFO空化边界条件二维层流稳态Reynolds方程：