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低温环境下密封单元的泄漏特性研究
1. 引言
在应用于低温环境的涡轮机械中，密封单元是至关重要的部分，它直接影响系统的稳定性和运行效率。与常温环境不同，低温密封单元需要考虑诸多因素。低温密封材料具有各向异性、脆性、热收缩和热导率等特性，以防止低温效应造成的损坏，因此材料的选择需综合考量多种因素。此外，低温流体的快速温度变化可能导致工作流体发生相变，进而改变密封的泄漏和动态特性。
此前已有不少相关研究。例如，有研究提出了综合考虑传热、空化和蒸发的CFD模型，用于识别低温流体的准确流动特性，并将其应用于两级机械密封单元；还有研究通过液相流动的压力模型分析了迷宫密封（LS）腔内流动中发生的空化现象。
然而，由于构建低温环境下密封单元测试的实验装置具有挑战性，缺乏用于验证分析模型的低温环境下密封单元的实验结果。因此，有必要开展研究，利用各种运行条件下的实验结果来验证分析模型。
2. 低温环境下密封单元的CFD建模
2.1 测试装置和密封几何结构描述
低温密封泄漏性能测试的装置中，腔室内的液氮会在测试轴承部分和润滑系统之间泄漏，为此应用了阶梯迷宫密封来减少该部分的泄漏。根据上述密封形状，利用第一腔室部分进行了泄漏性能测试。为确认密封形状对泄漏流量的减少效果，设置了下游孔来测量温度和压力，并测量了腔室润滑部分支撑轴承的温度。若密封的泄漏减少效果不佳，大量液氮会流入润滑系统，导致支撑轴承温度（SBT）下降，因此SBT也被用作检查密封性能的数据。
本次低温泄漏实验使用的密封包括普通密封（PS）、迷宫密封（LS）和浮动环密封（FRS）。对于FRS，将其厚度分为两种情况（1.5T和2.0T）进行设计，因为作用在F
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