徐 洁 俞树荣 严如奇 丁俊华 丁雪兴

(兰州理工大学石油化工学院 甘肃兰州 730050)

以超临界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide,S-CO2)为介质的布雷顿循环，相较于传统水蒸汽朗肯循环具有循环效率高、传热能力强、装置体积小等明显优势[1-2]，因此在舰船动力、航天航空、中小型核电领域极具应用潜力[3-6]。该循环主要包含透平主机、润滑系统、控制、密封系统等[7]。高性能的密封装置是宽负荷高强度工况条件下系统稳定运行的关键，由动、静2个相对非接触端面构成的干气密封已在各类高速旋转机械中广泛使用，因其使用寿命长、功率消耗小、工艺介质无泄漏等优点成为S-CO2循环系统的优选[8]。与传统的空气、氮气等干气密封相比，S-CO2干气密封介质物性呈强烈非线性变化，特别是在严苛运行环境中使得微间隙内流体流动复杂化，流场热力载荷及其他载荷的不稳定耦合作用引起密封环变形或者破裂，最终导致动静环碰磨失效，危害主机[9-10]。

现阶段，已有许多国内外学者发表了关于S-CO2干气密封的研究成果。2016年，FAIRUZ和JAHN等[11]利用CFD现代模拟仿真技术，研究了近临界点和远临界点两种S-CO2干气密封运行状况，结果表明近临界点处流体压力、温度、密度均变化较大，当选用较大密度的气体介质时不可忽略惯性力作用。2018年，许恒杰等[12]参考气体止推轴承的计算理论，在理想气体层流计算模型基础上，采用维里方程描述二氧化碳实际气体行为，通过考虑阻塞流效应和离心惯性效应对泵入式、泵出式2种干气密封进行研究，指出离心惯性效应对降低泵入式螺旋槽干气密封的泄漏率起积极作用，但对气膜开启力起消极作用，且当工况条件在二氧化碳临界点附近时，离心惯性效应愈加凸显。……