动压密封技术广泛应用于工业生产中的各个相关领域,密封摩擦副表面的粗糙度及其纹理对流体的流动、减摩或动压产生有较大影响。介绍了流体润滑中动压机械密封界面微尺度效应的影响方式及作用机理,重点阐述了表面织构和表面粗糙度微尺度效应对流体动压机械密封性能的影响。合理的表面织构有助于提高流体动压密封的稳定性,依据相关研究结论及课题组最新研究成果,介绍了在开槽技术基础上的有序微造型设计,对如何有效利用界面微尺度效应尝试探讨了新的思路,并初步展望了流体动压机械密封的未来研究方向。

为了提高环形间隙密封在封油时的泄漏率计算精度和效率,通过网格无关性检验和试验验证获得了较准确的数值计算方法,并基于此开展了不同关键因子(表面粗糙度、轴向锥度、偏心量和周向线速度)影响下的理论计算研究。结果显示:工业应用中,间隙内油液流动多为层流,油膜网格层数不小于4层,纵横比取1~1.5时,数值计算结果稳定;层流时,表面粗糙度对泄漏率没有影响,而紊流时,粗糙度越大,泄漏率越小;间隙的收敛或发散几乎不影响泄漏,将综合膜厚乘以2修正,理论泄漏率与数值结果十分吻合;两种方法间的计算偏差随偏心量的增大而增加,偏心量不大于0.2 mm时,吻合较好;泄漏率随转速的上升而明显减小,与一般结论不同。

为研究液膜密封流场平均速度分布规律,及其与流-固界面剪切应力之间的关系,基于Couette流动模型建立存在边界速度滑移时的密封间隙流场速度计算模型,采用Mixture均相模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过数值模拟考察界面无滑移(滑移速度为0)和无剪切(滑移速度最大)2种极限情况下不同转速时液膜轴向不同位置处的微流场径向、切向和轴向速度分布,并建立流体型槽界面剪切力-速度拟合模型。研究结果显示:液膜的切向速度远大于径向和轴向速度,三维合成速度分布规律主要由切向速度决定;流场在槽区内近台阶轴向1μm范围内压力梯度发生突变,但非槽区和槽区流场相对独立,非槽区可视为简单Couette流动,槽区为逆压梯度Couette流动;流-固界面粘附剪切应力的大小与液膜边界速度滑移密切相关,槽区界面剪切应力变小时,边界滑移速度和槽内外流场各方向速度均变大,且转