第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

1152 / 2023-03-15 19:32:33

高压往复密封粗糙接触因子表征泄露模型与试验验证

泄漏率是密封外在性能表现，与往复速度、介质温度和接触磨损等边界紧密相连。以往采用经典缝隙流动公式以量化，但仅定性考虑宏观层面，缺少了粗糙微凸体表面接触、拖曳和磨损特征细观描述，未能开展多尺度计算以模拟出真是泄露率，与测试结果比对误差较大，对密封失效机制亦缺少定量分析。为此，本文开展了低粘度介质往复密封，往复速度0.01 ~ 1m/s，初始介质温度5℃~40℃，高压100MPa条件下建立微观凸体接触模型与宏观热弹流模型，从细观凸体接触磨损产生摩擦热与密封和柱塞内外行程热传导、热对流效应耦合。添加了接触因子以修正了Reynolds方程等，设计了多场耦合数值解算方法，将细观观与宏观耦合，模拟出泄漏率。计算结果表明，考虑细观凸体接触磨与柱塞特性计算与测试结果有较高吻合度（误差小于3%）。此外，该研究从密封凸体细观层面表征了泄漏失效机制，更新了以往仅从宏观泄露公式定性评估泄漏率，为密封粗糙表面精细化设计提供了理论支撑。