第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

液体火箭发动机高速涡轮泵轴端动静结合型机械密封端面液膜受低温、高速、高压等极端工况影响极易产生气液两相流现象；诱发两相流的机制及相变对密封的影响规律尚不明确，亟需发展相关的仿真模型并开展实验验证工作。以某高速涡轮泵用动静结合型螺旋槽机械密封为研究对象，基于Laminar层流及Mixture多相流模型，开展了低温、高速 等极端工况下密封间隙内流体的空化相变特性研究；以泄漏量、开启力与内部气相体积占比等性能参数为表征指标，分析了该类密封在液氮介质环境工况参数对两相流动特性和相态转变的影响规律。结果表明随着密封间隙增加将导致两相 流在有限约束范围内的体积增大，较弱的动压效应导致内部压力产生较小变化进而使得空化相变能力减小；气相体积占比随着液膜温度的增加而增大，随着密封介质压力的增加而减小。开展了低温实验研究，并验证了仿真模型的正确性， 理论与实验结果将有助于深入理解低温高速动静结合型机械密封两相流机理，对可重复高速涡轮泵的运行可靠性和稳定性提升具有重要的实践价值。