FLUENT仿真经典案例：多重参考系法模拟螺旋槽干气密封

1 结构参数

动环外径87mm，内径=61mm，螺旋槽半径76mm，螺旋槽深度3μm，气膜厚2.5um，螺旋角为15°，槽数N=12，槽宽与堰宽之比γ=1.0。

2 边界条件和网格

由于动环的旋转作用使螺旋槽内的气体随螺 旋槽一起运动，因此将螺旋槽内气膜设置为旋转区域( 动域) ，非槽区(堰区、坝区)的气膜设置为静止区域。对于旋转区域使用移动参考 系(MＲF) ，设置转速为 n，对于静止区域，保持默认值。

气膜外径处设置为压力入口( pressure inlet) ，气膜内径处设置为压力出口( pressure outlet)。计算区域两侧 的断面设为旋转周期性边界( rotational periodic) 。与动环接触的所有壁面设定为移动壁面( moving wall) ，给定转速为 n，与静环接触的所有壁面设为静 止壁面( stationary wall) 。动静域交界的平面设置交界面（interface）。

气膜三维模型时，先对气膜在厚度方向上放大1000倍进行网格划分， 仿真时在 Fluent 软件将网格沿厚度方向缩小1000倍，以此解决跨尺度建模和网格划分的问题。使用ICEM纯六面体网格，生成1/12周期网格（亦可生成整体网格）。

3 主要仿真设置

注：使用软件版本为Ansys Workbench 2023R1-SCDM ICEM FLUENT

1）FLUENT中阵列后的网格

2）使用压力基求解器，稳态计算

3）使用层流模型

4）使用氮气，理想气体

5）将流体介质赋给流体域，并设置动域的转速

6）设置动壁面的转速

7）设置出口压力

8）设置入口压力

9）设置周期性边界条件

10）设置交界面

11）初始化

4 基本结果

残差曲线

压力云图

速度云图

泄露量

气膜开启力

气膜刚度

K=F/气膜厚度=501.5417N/2.5um

压力沿径向分布

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