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作者：刘育心;董文蕾;孔晓治;岳本壮;朱鹏;
单位：大连海事大学轮机工程学院;大连海事大学船舶与海洋工程学院;
摘要：随着发动机向着高推重比以及低油耗方向发展，刷式密封的工作环境越来越苛刻。特别是在高压、高旋流环境下，刷丝极易发生周向滑移失稳问题，这就会造成整个密封系统的失效。本文应用悬臂梁理论建立了能够求解刷丝三维弯曲变形的力学理论分析模型，并结合包含刷丝真实结构的三维数值模型构建了刷式密封双向流固耦合的研究方法。在此基础上，分析了进口旋流速度0～300 m/s和不同背压下在压差0.2～0.5 MPa对刷丝力学特性及变形规律的影响；理论推导了刷丝发生周向滑移失稳的力学条件，阐明了刷丝周向滑移失稳的物理机制，并结合三维流固耦合计算总结归纳了刷丝失稳判据。研究结果表明：引起刷丝周向大变形的根本原因是刷丝所受的法向气动力与轴向气动力的比值（F_n/F_(ax)），当比值大于0.913时，刷丝将发生周向滑移失稳、进一步导致密封失效。在背压0.1 MPa、压差0.4 MPa时，随旋流速度增大，刷丝感受到的周向动压越大，F_n/F_(ax)逐渐增大；当旋流速度增大到230～250 m/s时，F_n/F_(ax)超过失稳的临界阈值，刷丝开始发生周向滑移。并且压差越大，刷丝发生滑移失稳的旋流速度越小。然而，与低背压不同，在高背压1.0 MPa下，刷丝在旋流速度100～120 m/s就开始发生周向滑移；且随压差增大，刷丝受到的F_n/F_(ax)是逐渐降低的，即压差越大，越趋于稳定。
关键词：刷式密封;;流固耦合;;力学特性;;周向滑移;;稳定性
基金资助：国家自然科学基金（52106040）;; 辽宁省自然科学基金项目（2023-MS-122）;; 辽宁省教育厅基本科研项目（LJKMZ20220358;JYTMS20230159）~~
