为进一步探索液膜空化对密封性能的影响,以螺旋槽液膜密封为研究对象,基于JFO空化模型及坐标变换建立其数学模型并采用有限体积法离散求解。探讨Reynolds和JFO两空化边界下的密封速度场和流量场分布规律以及空穴压力对密封性能如承载能力和摩擦扭矩等影响。结果表明空穴区的形成具有动态性,速度矢量在空穴区内部为0,在液膜始破边界和靠近内径处的液膜重生边界上速度矢量朝向空穴区,而在靠近外径处的液膜重生边界上速度矢量远离空穴区;液膜流量场主要集中于槽区内且JFO空化边界下的流量场分布比Reynolds空化边界下值更为密集;空穴压力的增加可提升液膜承载能力但增幅较小,而对摩擦扭矩的影响可忽略不计。

为进一步探索液膜密封性能影响机制,以上游泵送螺旋槽液膜密封为研究对象,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立密封环涡动模型并基于圆形涡动轨迹,探讨了不同操作工况如压差、转速和膜厚时,涡动方向对密封性能和液膜空化影响。结果表明:正向涡动在变压差和变转速时均可提升液膜承载能力但加剧了泄漏量,反向涡动虽减小泄漏量但较大幅度降低液膜承载能力,不利于密封稳定性;变膜厚时,反向涡动显著降低液膜承载能力,而较大膜厚时正向涡动提升液膜承载能力相对较小;正向涡动有效促生液膜空化,而反向涡动在变压差时有助于抑制液膜空化但低速时对其无影响,并且受膜厚影响较小。