基于流固耦合方法的刷式密封刷絲變形及接觸力特性的數(shù)值研究

摘要：采用基于非線性Darcian多孔介質模型的三維Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程耦合Finite Element Method(FEM)接觸模型的數(shù)值方法,建立了考慮了泄漏流體氣動力、刷絲間摩擦力和刷絲與前后夾板間的相互作用的刷式密封刷絲變形及接觸力特性的預測模型。對比分析了單級和兩級刷式密封的刷絲變形量及其與轉子面的法向接觸力和摩擦力隨壓比的變化特性,探究了刷絲直徑、刷絲傾斜角和干涉量對刷絲與轉子表面接觸力的影響規(guī)律。結果表明:壓比由1.1變化到4.0時,單級和兩級刷式密封的刷絲變形量、刷絲與轉子面的法向接觸力和摩擦力均隨壓比的增大而增大;在相同壓比條件下,兩級刷式密封上游級和下游級刷絲與轉子面的法向接觸力較單級刷式密封分別可降低55%和32%;刷絲與轉子面的法向接觸力和摩擦力隨刷絲直徑、刷絲傾斜角和刷絲束與轉子面干涉量的增大而增大。當刷絲直徑小于0.08 mm,干涉量小于0.1 mm,刷絲傾斜角在30°~45°之間時,可有效降低刷絲與轉子間的法向接觸力和摩擦力。