【摘 要】
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随着透平机械向高性能方向发展,单级刷式密封因临界承压能力有限,高压差工况下需要采用多级刷式密封。现有研究对于单级刷式密封临界承压能力的评价指标尚不明确,多级刷式密封存在级间压降不均衡性,已成为制约航空发动机刷式密封发展的瓶颈问题。研究刷式密封临界承压与级间压降均衡特性,对高参数下航空发动机刷式密封技术的研发具有重要意义。本文从理论、数值、实验三方面对刷式密封临界承压能力和级间压降分布进行了研究。理
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随着透平机械向高性能方向发展,单级刷式密封因临界承压能力有限,高压差工况下需要采用多级刷式密封。现有研究对于单级刷式密封临界承压能力的评价指标尚不明确,多级刷式密封存在级间压降不均衡性,已成为制约航空发动机刷式密封发展的瓶颈问题。研究刷式密封临界承压与级间压降均衡特性,对高参数下航空发动机刷式密封技术的研发具有重要意义。本文从理论、数值、实验三方面对刷式密封临界承压能力和级间压降分布进行了研究。理论方面,分别分析了基于三维瞬态流固耦合的刷式密封理论模型和基于ALE（Arbitrary Lagrange-Euler）流固耦合的刷式密封理论模型;数值方面,建立了刷式密封三维瞬态流固耦合数值求解模型和ALE流固耦合数值求解模型,研究了刷式密封泄漏流动特性和刷丝在不同压差工况下的动力学特性,确定刷式密封临界承压能力评价指标;实验方面,设计搭建了刷式密封泄漏流动特性实验装置,实验研究了多级刷式密封级间压降不均衡特性和泄漏特性。研究结果表明:刷式密封三维瞬态流固耦合求解模型对刷丝间流场的分析更加详细,ALE流固耦合求解模型则对刷丝大变形的分析更有优势;泄漏因子与有效间隙可作为刷式密封临界承压能力的评价指标;单级刷式密封的临界承压能力约为0.30MPa,降低后挡板保护高度和增加刷丝轴向排数可以提高刷式密封临界承压能力;相同结构多级刷式密封各级压降随体积流量的逐级不均匀增加而增大,增大刷丝束与转子之间径向间隙、刷丝之间间隙和后挡板保护高度均可改善各级压降分配。
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