軸類間隙內摩擦損失模型驗證及流動特性分析

以透平、電機為代表的旋轉機械在工作中不可避免地產生各種損失

,一方面,損失降低能量轉換效率,另一方面,損失最終轉換成熱量使相關部件溫度升高,給設備的高效和安全運行帶來嚴重問題

。因此,旋轉機械中的損失是研究熱點之一。

旋轉機械由靜子和轉子構成,為避免動靜碰摩,靜子和轉子之間會預留一定間隙。通常情況下,間隙內會充滿流體,當轉子旋轉時運動的轉子與流體之間發生相對運動,產生摩擦損失,消耗機械能。

研究表明,在大型低速且工質壓力不高的旋轉機械內,摩擦損失通常可忽略不計。在小型高轉速旋轉機械內,尤其當工質壓力較高時,摩擦損失則成為了損失的主要來源,在美國桑迪亞國家實驗室設計的超臨界二氧化碳(sCO

)高速原理樣機中,摩擦損失約占總損失的37.5%

。

人之生也柔弱，其死也堅強。 萬物草木之生也柔脆，其死也枯槁。 故堅強者死之徒，柔弱者生之徒。 是以兵強則不勝，木強則兵。 強大處下，柔弱處上。

實際上,早在20世紀就有學者對間隙內的摩擦損失進行實驗測量,并在此基礎上提出預測摩擦損失的模型。目前,常見的摩擦損失模型有4種

:Wendt、Bilgen等分別提出了適用于光滑壁面的摩擦損失模型,其模型同時考慮了流動狀態和泰勒渦的影響;Vrancik、Yamada等在理論和實驗研究基礎上也分別提出了摩擦損失模型,與Wendt和Bilgen模型不同的是,這兩種模型僅考慮了流動狀態影響。需要指出的是,雖然以上4種損失模型均是基于實驗結果得出,但是對于同一工況,有些損失模型的預測結果偏差遠超過了工程可接受的程度,實際無法應用。……