基于湍流模型的S-CO2干气密封流场与稳态性能分析

• 作者: 严如奇 丁雪兴 徐洁 洪先志 包鑫
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 超临界二氧化碳 干气密封 湍流效应 离心惯性力效应 真实气体效应 阻塞流
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 表面与界面工程
• 页码范围: 4292-4303
• 页数: 11页
• 分类号: TH136,TH117.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210219

摘要

为探究湍流效应对S-CO2干气密封性能的影响规律，以螺旋槽干气密封为研究对象，引用考虑离心惯性力效应的湍流Reynolds方程，选择Ng-Pan湍流系数表达式，采用物性软件REFPROP对CO2真实物性进行计算。之后，根据普适能量方程，通过引入包含湍流效应、离心惯性力效应的平均速度，建立了可压缩流体简化能量方程。通过对湍流Reynolds方程与简化能量方程进行耦合求解，分析讨论了不同工况参数与平均膜厚下湍流效应对密封性能的影响。研究表明：湍流效应使得气膜流场内压力与温度分布发生显著变化，流场计算时不可忽略；在不同进口压力、进口温度下，湍流下的开启力和泄漏率显示出与层流一致的变化趋势；在不同平均膜厚下，考虑湍流效应后的开启力呈现出与层流不同的变化规律，而泄漏率表现出与层流相同的变化趋势；在不同进口压力、进口温度、平均膜厚下，湍流下的开启力和泄漏率均比层流下的低，且在两种流态下的这种差异随着进口压力、进口温度、平均膜厚的增大而逐渐增大；在不同转速下，开启力和泄漏率在湍流下分别表现出与层流不同的变化趋势。这些结果为进一步研究湍流效应对S-CO2干气密封的影响提供了支撑。