气封作为旋转机械的重要部件之一，在化工、能源、电力、航空航天等各个领域得到了广泛的应用。其结构简单、制造成本低且具有良好的密封效果，能够有效地降低旋转机械的工质泄漏[1]。但为了确保转子转动时不发生动、静间的摩擦，气封内依旧留有一定的间隙，泄漏并没有完全杜绝，泄漏损失仍然会降低机械的运行效率。因此寻求先进、可行、高效的密封技术，提高气封的封严特性成为改善转动机械气动性能的一个重要手段。

由图5(a)可知，当min{intervali} 和S一定时，asp随n的增大而减小，表明可通过增加入侵者在单条入侵路径上所必须顺序攻击的脆弱性数量来提高动态防御有效性.

护理结束后,实验组患者的血栓发生率明显低于对照组,同时患者满意度也高于对照组,其差异具有统计学意义,结果具有可比性(P<0.05)。

现阶段广泛采用的密封结构有：迷宫式密封[2]、刷式密封[3]和蜂窝式密封[4]。传统的迷宫式密封动静间隙偏大、密封腔内存在着环向流动使泄漏量增加。刷式密封的密封效果较好，但作为一种接触式密封，其在运行时会产生一定程度的磨损，且需要对转子表面做特殊处理。蜂窝式密封是一种耐高温的可磨性密封，封严特性较好，并具有一定的去湿能力和良好的转子动力特性，因此蜂窝密封具有相对较好的应用前景。

本试验的试件为圆柱体试件，尺寸为Φ100 mm×200 mm。根据《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》[13](GB/T 50082—2009)(以下简称《标准》)，将混凝土试件置于标准养护箱中养护28 d后再进行试验。

式中,mtotal为蜂窝密封整周泄漏量，kg/s；A为密封间隙通流面积，mm2；mcell为最小周期单元模型的泄漏量，kg/s；θ为最小周期单元的周向角度，(°)。

本文在传统蜂窝密封的基础上，改变蜂窝芯格的排布方式得到一种新型蜂窝密封。并采用数值计算方法，详细研究两种型式的蜂窝密封在不同蜂窝芯格尺寸、不同蜂窝壁厚、不同间隙、不同压比和不同转速下的流动机理及封严特性，指出新型蜂窝密封的优越性，为其在工程实际中的应用提供理论依据。

1 计算模型及数值方法

1.1 计算模型及网格划分

选用某 1000MW 超超临界汽轮机高压缸第一级的隔板蜂窝密封作为研究对象，其内部工质为高温高压可压缩的水蒸气。图1是蜂窝密封的结构示意图。如图1所示，保持传统蜂窝密封的几何尺寸不变，将所有蜂窝的正六边形芯格逆时针旋转90°后重新排布，得到了一种新型蜂窝密封，其相关几何参数如表1所示。图2是据此建立的数值模拟三维模型示意图，由于要研究蜂窝芯格直径、壁厚等参数的变化对蜂窝封严特性的影响，为保证当这些因素变化时蜂窝芯格的完整性，三维模型的弧段角并不能统一，本文取各蜂窝模型中圆周方向上能形成周期性的最小单元建立蜂窝密封流域三维几何计算模型。利用ICEM软件对模型进行网格划分，所划分的网格均为高质量的六面体结构网格，并对蜂窝壁厚、密封间隙和密封齿的近边界区进行局部网格加密，如图3所示。

  

图1 蜂窝密封结构示意图

  

图2 蜂窝密封三维计算模型

 

表1 蜂窝密封相关几何参数

  

蜂窝密封件结构 参数密封段长度L/mm 55.9密封齿个数z/个 4密封齿间距Ls/mm 10密封齿厚度t/mm 0.3密封间隙c/mm 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，1蜂窝芯格直径D/mm 0.8，1.6，2，2.6，3.2，4蜂窝深度 H/mm 1.6，2.4，3.2，4，4.8，5.6，6.4蜂窝壁厚T/mm 0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.3

本文采用商用CFD软件ANSYS CFX求解三维Navier-Stokes方程和标准 k-ε湍流模型，对模型进行定常数值计算，计算的边界条件可参见表 2。当连续方程、动量守恒方程和湍流方程的残差小于10–6数量级时，即认为计算收敛。

  

图3 蜂窝密封网格示意图

 

表2 蜂窝密封边界条件

  

项目 参数进口压力ptot,in/MPa 22.5进口温度Ttot,in/K 845.15出口压力psta,out/MPa 可调节转速 n/r·min–1 0，1000，1500，2000，2500，3000蜂窝壁面 静止，绝热，无滑移壁面转子壁面 旋转，绝热，无滑移壁面

1.2 网格划分数量与计算结果的无关性分析

由于选取的蜂窝密封周向弧段角不同，所以不能直接通过对比弧段的泄漏量大小来判定蜂窝密封的密封性能，为准确衡量不同参数下蜂窝密封的封严特性，引入了泄漏系数φ将泄漏量进行统一化的处理。泄漏系数φ可按式(1)、式(2)计算。

 

目前，国内外学者针对蜂窝密封内部的流动特性、封严机理和转子的动力特性等进行了大量的研究。CHILDS等[5]采用实验的方法对7种不同蜂窝密封的封严特性和转子动力特性进行了研究，认为蜂窝密封的结构参数能够对其泄漏特性和运行稳定性产生重要的影响。LI等[6-9]采用数值计算和实验的方法研究了蜂窝深度、蜂窝芯格直径、蜂窝壁厚、进出口压比、转速等诸多因素对蜂窝密封封严特性的影响，并与迷宫密封进行对比，指出在相同密封间隙下，蜂窝密封对泄漏量的控制明显优于迷宫密封。SCHRAMM等[10]研究了阶梯型蜂窝密封的封严特性，并指出蜂窝的芯格尺寸对阶梯型密封的泄漏量有决定性的影响。曹丽华等[11-12]采用数值计算的方法对蜂窝式密封内部的流动特性进行研究，分析了蜂窝密封的结构参数对其泄漏特性和密封效果的影响。SPROWL、晏鑫等[13-14]采用数值计算和实验研究的方法研究进口预旋和压比对密封泄漏流动和传热特性的影响。高杰等[15]着重研究了叶顶蜂窝密封内的泄漏机理，指出蜂窝独特的六边形结构能够明显的改善叶顶区域的周向流动，减小级内掺混损失。付云峰等[16]研究了机匣蜂窝和叶顶蜂窝对涡轮叶栅动叶顶部间隙泄漏流动特性及其损失分布的影响，认为两种蜂窝结构在间隙泄漏流动的抑制方面都起到了积极的效果。高庆等[17]研究了蜂窝结构在涡轮轮缘密封中的具体应用，指出开设蜂窝孔结构可有效抑制入侵燃气进入涡轮盘腔，提高轮缘密封的封严性能。FRACZEK等[18]研究了蜂窝的摩擦效应对密封性能的影响，认为摩擦产生的蜂窝几何形状的变化可以极大地改变蜂窝密封的性能。何立东等[19-20]通过数值计算和实验研究的方法对蜂窝密封的减振机理进行研究。结果表明：蜂窝密封的特殊结构加剧了气体的扰动与能量耗散，导致了多峰谱图的产生，达到了减少密封气流激振的目的。

考虑到本模型密封间隙的通流面积还受到转子凸台结构的影响，求解密封间隙通流面积时引入密封间隙平均直径，则通流面积A可由式(3)、式(4)得出。

 

式中,Di为不同轴向位置的直径（包括凸台），mm；为密封间隙的平均直径，mm。

式中，qideal为蜂窝密封理论泄漏量，kg/s；Rg为气体常数；μδ为蜂窝密封流量系数；Zeff为有效密封齿数。

  

图4 泄漏系数和网格数的关系

1.3 湍流模型的验证

采用与理论计算结果相对比的方法来验证数值计算所选用的湍流模型的正确性。现阶段的密封设计领域有很多关于泄漏量的计算公式，其中常用的公式由 EGLI[21]提出。李志刚等[22]又对 EGLI的计算公式进行了修正，引入蜂窝密封的有效密封齿数 Zeff，发展完善了蜂窝密封泄漏量的理论计算，其公式如式(5)。

图13中给出了在密封间隙c=0.1mm、c=0.5mm和 c=1mm时，蜂窝密封子午面的总压云图。从图13中可以看出：随着密封间隙的增大，传统的蜂窝密封在1#、2#和3#蜂窝腔内的平均总压逐渐增大，而新型蜂窝密封在 1′#、2′#和 3′#蜂窝腔内的平均总压基本保持不变。新型蜂窝密封与传统蜂窝密封相比，在同一密封间隙下，蜂窝腔和迷宫腔内对应位置的总压都较小，这是因为受新型蜂窝密封蜂窝排列方式的影响，密封齿与转子表面组成的迷宫腔内流体的总压大小都出现了明显的下降。此现象也证明了新型蜂窝排列方式下的蜂窝密封具有更好的能量耗散效应，新型蜂窝密封比传统蜂窝密封具有更好的封严特性。

 

图4是相同边界条件下蜂窝密封的泄漏系数随着网格数变化的规律。从图4中可以看出，随着网格数增大，数值计算得到的泄漏系数逐渐减小。当网格数大于 150×104时，再增加网格数，泄漏系数的变化逐渐趋于稳定，可以认为此时网格数对计算结果影响已不大，因此最后采用的网格数都在(150～300)×104之间。

其中，有效密封齿数Zeff和蜂窝密封流量系数μδ的计算方法如式(6)。

 

图5是不同压比下蜂窝密封泄漏量的理论计算和数值计算的对比结果。通过对比可以发现：理论计算结果与数值计算结果偏差小于 3%，吻合度较好，证明本文选用的标准 k-ε湍流模型对于蜂窝密封间隙内的数值模拟基本适用。

  

图5 泄漏量的理论计算和数值计算结果

2 计算结果与分析

2.1 芯格尺寸对蜂窝密封封严特性的影响

图6给出了新型蜂窝密封和传统蜂窝密封泄漏系数随芯格直径的变化规律。其中，保持密封间隙0.3mm、蜂窝壁厚0.1mm、蜂窝深度2.4mm不变，仅改变蜂窝密封芯格的直径来计算不同工况下的泄漏系数。从图6中可以得出：蜂窝密封在不同的蜂窝芯格直径下，泄漏系数会呈现不同的变化趋势。但在相同的芯格直径下，新型蜂窝密封泄漏系数都比传统蜂窝密封的泄漏系数要小。当芯格直径D=2mm时，传统蜂窝密封的泄漏系数和新型蜂窝密封泄漏系数最接近，表明在此种设计条件下，新型蜂窝密封在封严效果上没有体现出明显的优势；但当芯格直径 D=3.2mm时，新型蜂窝密封的泄漏系数较传统蜂窝密封下降很多，密封性能也最好，此时采用新型蜂窝密封比传统蜂窝密封的泄漏系数减少了7.1%。

In the case where the film is condensed on the one hand and smooth on the other hand, the multiple reflections of the light are between the lower surface in contact with the substrate and the free surface of the thin film.

  

图6 泄漏系数和芯格直径的关系

图7是在其他密封参数不变，蜂窝芯格直径D=3.2mm时，转子表面压力沿轴向变化的曲线图。高压蒸汽进入密封体后首先经过第一个密封齿，由于密封齿的节流作用使蒸汽的压力下降，速度增大。节流后的高速汽流进入密封腔和蜂窝腔内形成漩涡，速度降低，工质的能量耗散。随后工质继续沿轴向流动，凸台和蜂窝壁对汽流的共同作用，再次形成较强的节流作用，工质压力迅速降低，速度增大，节流后的高速汽流进入凸台上部的蜂窝腔内继续形成漩涡进行能量的耗散。凸台上部的汽流耗散作用主要是通过蜂窝腔来实现的，从压力变化曲线可以看出：凸台上部新型蜂窝密封压力降低幅度高于传统蜂窝密封的压力降低幅度，这说明新型蜂窝密封比传统蜂窝密封具有更好的节流降压和能量耗散作用，新型蜂窝密封具有更好的封严特性。

  

图7 蜂窝密封转子表面轴向压力变化

当蜂窝芯格直径一定时，蜂窝深度决定了蜂窝孔内的漩涡结构。图8给出了芯格直径3.2mm、密封间隙0.3mm、蜂窝壁厚0.1mm时，蜂窝密封泄漏系数随着蜂窝深度变化的曲线图。从图8中可知：随着蜂窝深度的增大，蜂窝密封的泄漏系数呈现先增加后减小的趋势。当蜂窝深度 H=1.6mm时，由于蜂窝腔的高宽比小，经密封齿节流的高速流体在蜂窝腔中还未形成漩涡便到达蜂窝腔底部，高速流体撞击蜂窝底面后，在返回过程中撞击来流，形成汽流反冲，造成很大的能量损失，阻滞了间隙流动，故泄漏系数最小。当 H=2.4mm时，这种反冲现象减弱，蜂窝腔内旋涡结构趋于稳定，泄漏系数迅速增大。当H达到3.2mm后，旋涡在蜂窝腔内的耗散空间变大，流体与蜂窝壁面的摩擦面积增加，耗散更充分，泄漏系数逐渐减少。但当蜂窝深度太大时，蜂窝腔底部汽体几乎滞止，主要的耗散区域仍分布在3.2mm深度附近，导致泄漏量减少的趋势减弱，因此当H大于4.8mm时，泄漏系数趋于稳定。虽然新型蜂窝密封和传统蜂窝密封随蜂窝深度的变化趋势基本一致，但可以看到，改变蜂窝深度，新型蜂窝密封的封严特性一直优于传统蜂窝密封。

2.2 蜂窝壁厚对蜂窝密封封严特性的影响

为了更好的验证数值计算结果的可靠性，设计搭建了蜂窝密封泄漏量测量实验台，如图16所示。实验采用的工质是空气，空气由储气罐提供，储气罐内的压力由压缩机和进气总门维持。从储气罐内流出的高压气体通过分流装置进入实验段中部的两侧，这既可以抵消实验段的轴向推力，同时也保证气流能全部流入蜂窝密封，便于测量其泄漏量。实验段内蜂窝密封的结构尺寸为芯格直径3.2mm，蜂窝壁厚0.1mm，蜂窝深度2.4mm，密封间隙0.3mm。实验的电动机采用变频驱动，可通过与齿轮增速装置的配合实现转子转速的变化。实验段进口压力可由两个入口调节门调节，出口压力为大气压。实验采用高精度涡街流量计测量进气口处气体的流量，此流量的一半即可看作为蜂窝密封的泄漏量。

  

图8 泄漏系数随蜂窝深度的变化曲线

  

图9 泄漏系数随蜂窝壁厚变化的规律

2.3 压比对蜂窝密封封严特性的影响

图11给出了不同进出口压比条件下，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封的泄漏系数曲线，其中蜂窝密封芯格直径 3.2mm，密封间隙 0.3mm，蜂窝壁厚0.1mm，蜂窝深度 2.4mm。在边界条件的设置上，保持进口总压和转速不变，通过改变出口静压来实现进出口压比的变化。从图11中可以看出：随着压比的增大，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封泄漏系数均增大，当压比在1.01～1.02之间时，泄漏系数的增加较快，当压比大于1.02时，泄漏系数的增加趋于平缓。在同一压比下新型蜂窝密封的泄漏系数小于传统蜂窝密封。说明新型蜂窝密封在压比变化时能够表现出更好的封严特性。

2.4 密封间隙对蜂窝密封封严特性的影响

图12给出了在芯格直径 3.2mm、蜂窝壁厚0.1mm、蜂窝深度2.4mm时，保持进出口压力和转速不变，改变密封间隙对新型蜂窝密封和传统蜂窝密封泄漏系数的影响。从图12中可以看出：两种蜂窝密封的泄漏系数都随密封间隙的增大而增大。当密封间隙在 0.1～0.4mm之间时，新型蜂窝密封的泄漏系数明显比传统蜂窝密封的泄漏系数小，当密封间隙在 0.4mm以上时，随着密封间隙的继续增大，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封泄漏系数开始逐渐接近。密封间隙在0.3mm时，二者泄漏系数的差值最大。由此可见，新型蜂窝密封适用于小间隙下的密封，在小间隙下比传统的蜂窝密封更具封严优势。

  

图10 不同蜂窝壁厚下蜂窝密封间隙内速度云图

  

图11 不同压比条件下蜂窝密封泄漏系数曲线

  

图12 不同密封间隙下泄漏系数的变化曲线

  

图13 不同密封间隙下蜂窝密封截面总压云图

化合物6，淡黄色粉末，ESI-MS m/z 197 [M-H]-1, 1H NMR (600 MHz, MeOD) δ∶7. 33 (2H, s, H-2, 6), 3. 88 (6H, s, H-8, 9); 13C NMR (150 MHz, MeOD) δ∶122. 7 (C-1), 108. 3 (C-2, 6), 148. 8 (C-3, 5), 141. 5 (C-4), 170. 5 (-COOH), 56. 8 (2 × -OCH3)。以上数据与文献[14]报道的丁香酸基本一致，故确定化合物6为丁香酸。

2.5 转速对蜂窝密封封严特性的影响

图15给出了新型蜂窝密封和传统蜂窝密封在不同转速下蜂窝密封间隙内和腔室截面的流线图。从图15中可以看出：对于新型蜂窝密封和传统蜂窝密封，当转速n=0时，流体在密封间隙内沿着轴向流动，在蜂窝腔中耗散形成旋涡；随着转速的增加，流体在密封间隙内的流动向转子的旋转方向发生偏斜，在蜂窝腔内的旋涡也发生了改变；转速越高，蜂窝腔内旋涡的影响范围和数目越大。当转速增加到n=3000r/min时，转子表面流体的流动偏斜度更大，且密封间隙内也形成了周向旋涡，能量耗散增大。因此，随着转速的增加，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封周向流动增加，密封间隙内流体的流向偏斜度越来越大，这使流体流动的阻力增加，贯穿力减小，泄漏系数减小，蜂窝密封的密封性能提高。但相同转速下，新型蜂窝密封相对于传统蜂窝密封，其蜂窝腔内涡核的位置稳定在六边形的中心，漩涡充满度好且流线也呈现比较规律的特征，这表明其内部涡动平稳，能量耗散相对充分，因此其泄漏系数也比传统蜂窝密封小。

  

图14 泄漏系数随转速变化的规律

当蜂窝密封的芯格直径为3.2mm、蜂窝壁厚为0.1mm、蜂窝深度为2.4mm、密封间隙为0.3mm时，保持进出口压比不变，仅改变转轴的转速，能够得到两种蜂窝密封的泄漏系数随转轴转速的变化规律，如图14所示。从图14中可以看出：随着转速的增大，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封泄漏系数均减小。这是因为轴的高速转动使得密封体内的流体产生周向流动，周向流动的流体会在蜂窝密封腔内产生新的周向旋涡，流体的流动阻力和能量耗散效应增大，致使泄漏系数减小。此外，在相同转速下新型蜂窝密封的泄漏系数比传统蜂窝密封小，且随着转速的增加，新型蜂窝密封泄漏系数的减少趋势也比传统蜂窝密封小，这说明新型蜂窝密封能够保持相对稳定的泄漏特性，这有助于转动机械在高转速下的高效工作。

  

图15 不同转速下蜂窝密封间隙内和腔室截面的流线图

  

图16 蜂窝密封泄漏量测量实验台示意图

2.6 计算结果的实验验证

图9给出了在芯格直径 3.2mm、密封间隙0.3mm、蜂窝深度2.4mm时，蜂窝密封泄漏系数随壁厚变化的规律。由图9可知：随着壁厚的增大，新型蜂窝密封和传统蜂窝密封的泄漏系数都有较少量的增加。这是由于蜂窝壁厚的增加使蜂窝芯格的有效体积减小，蜂窝腔内的流体减少，能量耗散也相应减少。另一方面，蜂窝壁厚的增大可使蜂窝壁对流体的节流效应减弱。图10是不同蜂窝壁厚时蜂窝间隙内的速度云图，从图10中可以看出：随着蜂窝壁厚的增加，节流后间隙内流体的速度明显增加，说明蜂窝壁厚的增大使其透气效应增大，泄漏系数增加。由此可看出，新型蜂窝密封在薄壁下对流体有更好的节流效应，能够保持较好的封严特性。

这幅作品不是赛努奇本人的收藏，入藏赛努奇博物馆的时间也较为晚近，但在趣味上却有相承之妙。这幅作品吸引了法国新一代学者的关注和研究。赛努奇博物馆馆长易凯说：“有专家根据左下角的人物在往左上方看，似乎是在看另外的人，认为画的是八仙，但我们其实可以看出他看的不是外面，另外上面的一个人，身份比较难以确定。总之，这些人物也没有明显的八仙的特点，只可以判断出他们是仙人但不一定是八仙。”①馆长易凯（Eric Lefebvre）接受笔者采访时口述。

实验测量得到的泄漏系数随转速与压比之间的变化关系如图17、图18所示。由于实验中采用的工质与数值计算选择的工质不同，实验得到的泄漏系数普遍较小，但泄漏系数的变化规律与数值计算结果相同，都随压比的增大而增大，随转速的增大而减小，且可以明显观察到新型蜂窝密封在转速与压比变化时表现出了更好的封严特性。因此，本文的数值计算结果是可信的。

  

图17 泄漏系数随压比变化的实验结果和数值结果对比

  

图18 泄漏系数随转速变化的实验结果和数值结果对比

3 结论

（1）在蜂窝的结构参数和运行参数保持不变时，改变蜂窝芯格的排列方式可以影响蜂窝密封的封严特性。当蜂窝密封的芯格直径为3.2mm时，将蜂窝的正六边形芯格逆时针旋转 90°后得到的新型蜂窝的密封效果更好，比传统蜂窝密封的泄漏系数减少了7.1%；改变蜂窝深度和壁厚，新型蜂窝密封的封严特性一直优于传统蜂窝密封。

（2）新型蜂窝密封的泄漏系数随着压比的增大而增大。但压比越大，新型蜂窝密封的泄漏系数比传统蜂窝密封下降的越多，新型蜂窝密封在压比变化时表现出更好的封严特性。

以“奉献、友爱、互助、进步”为核心的志愿服务精神和价值理念蕴含丰富的伦理思想，为志愿者服务他人、实现人生理想和人生价值提供了巨大的内驱力。

（3）在转速发生变化时，相比传统蜂窝密封，新型蜂窝密封密封腔内的漩涡涡核位置更稳定，漩涡充满度更好，流线更稳定有序，能量耗散更强，泄漏系数更小，密封效果更好。

（4）新型蜂窝密封在小密封间隙下比传统蜂窝密封有更好的封严优势，当密封间隙为 0.3mm时，新型蜂窝密封的密封效果最好。涡轮机械在向小的密封间隙发展，因此采用新型蜂窝密封能够进一步提高转动机械的运行效率。

跳出禁养区：如果你的养殖场在禁养区内，且超出地方政府的规模养殖标准，与其等着受罚，不如主动配合进行搬迁，趁早离开，寻求新的发展。

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