585 / 2021-06-19 23:41:37

间隙内沸腾两相流形成机理数值仿真与实验

端面间形成液膜的非接触动静结合型机械密封在低温液体火箭发动机高速涡轮泵中有较好的工程应用前景，但端面液膜受高速高压等工况极易产生气-液两相流现象；诱发两相流的沸腾或闪蒸机制尚不明确，尚无较好的模型和试验对其进行仿真模拟及验证。本文对密封端面间微尺度下液膜首先进行了模型简化，即以薄矩形通道内的间隙液膜流场模拟高速轴端处的端面液膜流场，以电加热片产生的热量模拟轴端高速旋转产生的热量。采用基于K-ω SST湍流模型及VOF多相流模型，构建薄矩形通道内间隙液膜沸腾相变的数值模型，模拟仿真得到了不同液膜厚度、不同加热功率条件下通道内间隙液膜气-液相变的两相流现象，探究了膜厚、加热功率对通道间隙液膜中气-液两相流成形与演化规律。结果显示间隙液膜厚度减小，液膜内气-液相变程度更加剧烈，两相流流型有明显不同；随着加热功率的增加，通道内液膜气-液相变程度明显更加剧烈，且相变起始点明显提前。对比加热功率及液膜厚度的变化对液膜气液两相流的影响可知加热功率的变化是影响通道内液膜气液两相流产生的主要因素。为验证模型正确性，提出了两相流诱发试验装置结构方案，分析其合理性。