透平机械阻尼密封内非定常泄漏流动特性和气流激振机理的研究

高性能的阻尼密封能有效地提高高速旋转透平机械的气动效率和消除流体激振故障。本项目拟采用理论分析、数值计算及实验测量相结合的方法针对阻尼密封在高速旋转工况下的非定常泄漏流动特性和流体激振机理开展详细的研究，建立统一的阻尼密封两控制容积Bulk Flow理论分析模型，发展高精度的阻尼密封转子动力特性和自激振动特性的非定常三维数值求解方法，研究阻尼密封内非线性自激振动时的非定常密封力和振动特性，阐明阻尼密封抑制气流激振的机理。结合测量得到的阻尼密封泄漏特性和转子动力特性实验数据，从线性和非线性两个角度定量研究不同运行工况和几何结构参数的阻尼密封对转子-轴承-密封混合系统稳定性的影响规律，建立高性能的阻尼密封非线性气流激振作用机制的分析模型，为利用阻尼密封对流体诱发的振动故障进行主动控制提供理论基础。

基于实验测量数据，开展了阻尼密封内非定常泄漏流动特性及影响机制的研究,得到了不同阻尼密封静子面型式对泄漏量的影响；分析了阻尼密封内泄漏流动对传热及鼓风加热特性的影响规律；发展了用于阻尼密封非定常气流激振特性研究的两控制容积bulk flow分析理论和非定常数值求解方法，独立开发了相应的C++求解程序；首次提出了阻尼密封转子动力特性系数求解的椭圆型涡动模型和通用求解方法；阐明了阻尼密封内非定常泄漏流动结构和气流激振机理；研究了轴承-密封-转子混合系统的非线性振动特性；揭示了阻尼密封在加工运行时的强度和流固耦合变形规律。研究表明：对于高速旋转阻尼密封，间隙内泄漏流的可压缩性和湍流效应是影响非定常泄漏流动和流体激振力的关键因素，合理的结构设计和运行工况调整能改善阻尼密封运行时的总体性能。