气液混输条件下,密封腔内的含气率较高将会使得密封液膜中有气体进入,从而导致密封环出现“失稳”现象。为探讨含气介质对机械密封性能的影响,通过建立端面螺旋槽型液膜模型,基于Mixture多相流模型,对端面液膜中气液两相分布及机械密封密封性能进行研究。结果表明:液膜内气相体积分数随气泡直径的减小而增大;不同入口含气率下密封端面两相分布规律相近,含气率较高的位置出现在槽根半径处;随着含气率、转速、压差的升高,槽根处的压力随之升高,从而影响密封性能;在相同含气率、转速及压差下,随膜厚的增加,泄漏量增大,开启力减小,且较小的膜厚对工况参数的改变更为敏感,槽深与膜厚的相关性较强,优化机械密封结构时需综合考虑两者的影响。

为深入探究转速对混输泵内部流动以及相态分布规律的影响,基于欧拉-欧拉方法的两相流模型和标准的κ-ε湍流模型,利用Fluent软件对不同转速的三级轴流螺旋式油气混输泵在设计工况下且入口含气率为30%的条件下进行数值计算。结果表明:转速对混输泵首级动叶轮内含气率分布的影响较大,并且对不同叶高处叶片压力面和吸力面的影响趋势不同;转速对含气率影响最明显的位置是在叶片吸力面0.9倍叶高处;随着转速的增加,旋涡在静叶轮内的演变规律较明显。研究结果可为混输泵的水力设计和安全稳定运行提供参考。