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迷宮密封的密封機理

作者: 來源: 日期:2015-10-15 9:08:57 人氣:49
流體通過迷宮產生阻力并使其流量減少的機能稱為“迷宮效應”。對液體,有流體力學效應,其中包括水力磨阻效應、流束收縮效應;對氣體,還有熱力學效應,即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產生的熱轉換;此外,還有“透氣效應”等。而迷宮效應則是這些效應的綜合反應,所以說,迷宮密封機理是很復雜的。

摩阻效應

泄漏液體在迷宮中流動時,因液體粘性而產生的摩擦,使流速減慢流量(泄漏量)減少。簡單說來,流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構成了磨阻效應,前者與通道的長度和截面形狀有關,后者與迷宮的彎曲數和幾何形狀有關。一般是:當流道長、拐彎急、齒頂尖時,阻力大,壓差損失顯著,泄漏量減小。

流束收縮效應

由于流體通過迷宮縫口,會因慣性的影響而產生收縮,流束的截面減小。設孔口面積為A,則收縮后的流束最小面積為 CcA,此處 Cc 是收縮系數。同時,氣體通過孔口后的速度也有變化,設在理想狀態下的流速為U,實際流速比U小,令Cd為速度系數,則實際流速U1為:U1 =Cd·U于是,通過孔口的流量Q為:Q=CcCdA U式中Cc·Cd=α(流量系數)
迷宮縫口的流量系數,與間隙的形狀,齒頂的形狀和壁面的粗糙度有關。對非壓縮性流體,還與雷諾數有關;對壓縮性流體,還與壓力比和馬赫數有關。同時,對縫口前的流動狀態也有影響。因此在復雜型式的迷宮里,不能把一個縫口的流量系數當作所有縫口的流量系數。根據試驗,第一級的流量系數小一些,第二級以后的縫口流量系數大一些,一般流量系數常取1。但是尖齒的流量系數比1小,約在0.7左右,圓齒的流量系數接近于1,通常取α=1,計算的泄漏量是偏大。

熱力學效應

理想的迷宮流道模型,它是由一個個環形齒隙和齒間空腔串聯而成的。氣體每通過一個齒隙和齒間空腔的流動可描述如下:在間隙入口處,氣體狀態為P0,T0和零開始,氣體越接近入口,氣流越是收縮和加速,在間隙最 小處的后面不遠處,氣流獲得最大的速度;當進入空腔,流速截面突然擴大,并在空腔內形成強烈的旋渦。從能量觀點來看,在間隙前后,氣流的壓力能轉變為動能。同時,當溫度下降(熱焓值h減?。?,氣體以高速進入兩齒之間的環行腔室時,體積突然膨脹產生劇烈旋渦。渦流摩擦的結果,使氣流的絕大部分動能轉變為熱能,被腔室中的氣流所吸收而升高溫度,熱焓又恢復到接近進入間隙前的值,只有小部分動能仍以余速進入下一個間隙,如此逐級重復上述過程。

透氣效應

在理想迷宮中,認為通過縫口的氣流在膨脹室內動能,全部變成熱能。也就是說,假定到下一個縫口時的漸近速度等于零,但這只是在膨脹室特別寬闊和特別長時才成立。在一般直通迷宮中,由于通過縫口后的氣流只能向一側擴散,在膨脹室內不能充分的進行這種速度能(動能)向熱能的能量轉換,而靠光滑壁一側有一部分氣體速度不減小或者只略微減小,直接越過各個齒頂流向低壓側,把這種一掠而過的現象稱為 “透氣效應”。

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