江锦波，滕黎明，孟祥铠，李纪云，彭旭东

（浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州310014）

引 言

超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide，sCO2）布雷顿循环发电技术因具有效率高和体积小等优势而有望成为未来的主流发电技术[1]。离心压缩机和向心透平等旋转设备是sCO2布雷顿循环系统的心脏设备，而轴端密封的低泄漏和高稳定是保证其高运行效率和低发电成本的关键所在[2]。根据美国桑迪亚国家实验室的推荐[3]，当功率等级大于1MW时建议采用控漏效果好的干气密封。

近十年来，sCO2旋转设备中轴承和密封等关键零部件的性能分析和结构设计已引起国内外学者的广泛关注。Thatte 等[2]和李志刚等[4]综述了sCO2旋转机械动密封的研究进展及技术挑战，包括流体膜多相态转换、复杂湍流和阻塞流、动力失稳和物性突 变 影 响 等。Conboy[5]、Qin 等[6]和Guenat 等[7]关 于sCO2气体轴承的研究指出高速运转下的sCO2轴承中存在高度湍流化的流体膜，且流体物性与传统空气介质差异很大，在膜压求解中有必要考虑湍流效应和实际气体效应。Fairuz 等[8]、沈伟等[9]、许恒杰等[10]、严如奇等[11]和袁韬等[12]分析了sCO2螺旋槽干气密封中的离心惯性效应、湍流效应、阻塞效应或实际气体效应等实际效应对其开启力和泄漏率等稳态性能的影响规律。值得注意的是，目前关于sCO2气体轴承和干气密封的研究还主要停留于稳态性能，对其受到外界扰动下的动力学特性分析还鲜见报道。

摄动法是求解气体轴承和密封动态特性的一种常用线性化方法[13]，其假设浮动环受到微小的位移或速度扰动，从而使气膜压力产生微小变化，密封运动状态是在稳态基础上的叠加。……