【正文】 英文文獻(xiàn)翻譯 通過與實驗結(jié)果比較，理論上的相關(guān)性得到了驗證。它的值很大程度上取決于周圍密封液的傳熱，這就是努賽爾數(shù)的特點。因此在環(huán)的邊緣溫度是不連續(xù)的，這表明存在測量誤差。圖 17介紹了該實驗裝置。 圖 （ Re=2042，Cw =， k/ks=， k/kr=15） 圖 14. 全 局 努 塞 爾 數(shù) 和 質(zhì) 量 流（ Re=2042， Pr=667， k/ks=， k/kr=15） 英文文獻(xiàn)翻譯 熱傳導(dǎo)比（公式（ 6））對努塞爾數(shù)的影響如圖 15 所示。 從密封件到潤滑油全局范圍內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移都是用平均努塞爾數(shù)來計算的，這是機(jī)械密封的研究重點。 固定盤的努塞爾數(shù)是用局部半徑 r 定義的： qRNuTk?? (14) 頂葉通量 q可以通過定子的溫度分布得到計算： )( HzZTKsq ???? (15) 圖 11（ a）顯示了靜態(tài)盤的結(jié)果。但是，比較圖5 和 9，兩者邊界層厚度的比值為 8。在質(zhì)量 流率高的區(qū)域，一大部分的冷卻油從入口區(qū)未經(jīng)外部區(qū)流到出口區(qū)，因而沒有參與對密封環(huán)的冷卻。 1996年 Lopez [22]，進(jìn)行了更為復(fù)雜的數(shù)值分析，考察的間隙比為 1。熱源處的功率為Ｐ，它是角速度的函數(shù)，為了模仿真實情況，函數(shù)由實驗得到： ( ) 011 8 966 722P ? ? ?? ? ? ? 其中， 60 ? 1160rad s (7) 值得注意的是，消耗功率值對上述結(jié)果沒有影響，因為入口處溫度的升高及腔壁的熱變化與熱源值成比例。數(shù)值分析中的網(wǎng)格和邊界條件示于圖 3。 雷諾數(shù)從 600到 800之間變化。該實驗實驗性的密封設(shè)計的主要用途是通過紅外溫度測量接觸驗證數(shù)值模型 [3,4]，因而它與工業(yè)中機(jī)械端面密封非常不同。他們對密封裝置的固定部分研究，結(jié)果與 Reynolds 數(shù)相關(guān) 。這些文獻(xiàn)的主要目的是根據(jù)理論方法來衡量或判斷密封面的溫度。最后的結(jié)論認(rèn)為在熱源位于轉(zhuǎn)子和定子的接觸處，并取決于固體溫度分 布。端面機(jī)械密封 。文獻(xiàn) [5]中巴克的簡化分析和文獻(xiàn) [6]英文文獻(xiàn)翻譯 中 Bruiere 進(jìn)行的數(shù)值研究使這一假設(shè)得到了證實。與此同時， Lebeck， Nygren， Shirazi 的提出了關(guān)于機(jī)械密封及周腔熱傳遞實驗的和數(shù)值的結(jié)果 [16]。溫度分布的數(shù)值和實驗結(jié)果與努塞爾數(shù)一致。這類似于由離心力作用產(chǎn)生的流動。使得沿入口部分有相同的流速分布，它的大小相對于額定質(zhì)量流來計算。這些值與對油浸面計算的值（ 380 到 2020 1 1WmC ）要低 10 到 100 倍。 在外圍區(qū)，腔壁的垂直距離較高，可以觀察到兩種截然不同的邊界層。事實上，如果無量綱徑向速度在 r/R=. 是作為一個距靜盤無量綱距離的函數(shù)（如圖 7 中根據(jù)雷諾數(shù)的均分根重新定義）質(zhì)量流不會改變速度曲線。圖 10（ a）中的所有曲線有相同的形狀。接觸點附近觀察到的高峰位置與旋轉(zhuǎn) 環(huán)上邊界層的厚度有關(guān)，這是關(guān)于雷諾數(shù)的遞減函數(shù)。正如所料，努塞爾數(shù)是Pr 的遞增函數(shù)。在目前的情況下，由于局部熱源從固體到流體的熱分布取決于固體的導(dǎo)電性。 利用電子技術(shù)可以測量出接觸所消耗的功率。這種差異可以解釋為耗散功率測量時的不確定性。動量邊界層的厚度反比于雷諾數(shù)的平方根。 Infrared thermography。關(guān)系（增加或減少函數(shù)）取決于流動方向和固體中的溫度分布。由于進(jìn)油溫度隨著測試黏度的變化而變化，因此用公式（ 18）計算，普朗特數(shù)的影響是無效的。 圖 18 中顯示出數(shù)值模擬和實驗研究中溫度分布沿轉(zhuǎn)子的變化情況。努塞爾數(shù)的相關(guān)公式是： 2 2 5 2 5 6 1 )(ra v r kkNu ??? （ 22） 12 2 1 )( ???? sav s kkNu （ 23） 正如前面一節(jié)討論的局部努賽爾數(shù)，公式（ 22）和（ 23）中的雷諾數(shù)指數(shù)接近圖 比例縮放與雷諾數(shù) 圖 （轉(zhuǎn)子 a=，定子 a=）與導(dǎo)電率（ Re=2042， Cw=） 英文文獻(xiàn)翻譯 于 。 圖 14 中顯示了定子和轉(zhuǎn)子上全局努塞爾數(shù)的變化，它是無量綱質(zhì)量流量 Cw的函數(shù)。據(jù)先前的研究顯示，這一數(shù)值對密封腔內(nèi)的外區(qū)域?qū)恿鞑]有影響（圖6 和 7）。轉(zhuǎn)子邊緣的急劇減少是由于表面之間的轉(zhuǎn)角使得流線到表面的距離增加而產(chǎn)生的，如圖 4 和圖 6 所示。固體中的溫度分布隨著距熱源距離增大，溫度降低。該圖表明邊界的厚度與雷諾數(shù)的均分根成反比。 如前一節(jié)所述，由于油的 普朗特數(shù)很大，熱邊界層當(dāng)做非常薄 （見式（ 5））。求解能量方程，由于油的粘度高，所以能量方程中考慮了油的損耗。因此，努塞爾數(shù)也取決于在密封環(huán)的溫度分布，它是材料性能的函數(shù)。在控制壓力和溫度下，液壓裝置提供油。此外，研 究者用他們的研究結(jié)果與由均勻加熱的旋轉(zhuǎn)圓筒中流體的經(jīng)驗公式進(jìn)行比較。文獻(xiàn) [10]對此類流動的熱傳遞作了全面的概括。事實上，由于密封面的粘性摩擦和粗糙面接觸造成的能量消耗，使得液體油膜和相鄰固體的溫度急劇升高 [2,3]。 1 英文文獻(xiàn)翻譯 國際熱科學(xué)雜志 48（ 2020） 781794 端面機(jī)械密封裝置的熱傳遞 ， Beno238。 圖 英文文獻(xiàn)翻譯 符號表 Cp液體比熱………………… JKg1℃ 1 ???2Re rr ?局部雷諾數(shù) RmCw ???因次質(zhì)量流率（冷卻流） Ri 靜環(huán)內(nèi)徑……………………… m RmCwc c???因次質(zhì)量流率（離心誘導(dǎo)流） R0 動環(huán)外徑……………… … m RHG?差比 T溫度……………………………℃ H軸向間隙……………………… …… m Tinlet密封腔入口油溫 k流體熱導(dǎo)率………………… Wm1℃ 1 rVrU ???? ?? , 徑向，周向流速 Kr， ks 轉(zhuǎn)子、定子熱導(dǎo)率……… m1℃ 1 Z軸向坐標(biāo)……………………… m m? 質(zhì)量流量的冷卻流…………… kgs1 希臘字符 cm? 離心作用引起的質(zhì)量流……… kgs1 δ m，δ t 動量厚度和熱邊界層厚度… m TkqrNu ??局部努塞爾數(shù) Δ T=TTinlet流體溫升……………℃ kT RqNu avavav ??全局努塞爾數(shù) μ流體粘度…………………… Pas q頂熱通量……………………… Wm2 ρ流體密度…………………… Kgm3 P密封端面消耗的功率…………… W ω角速度……………………… rads1 kCp??Pr普朗特數(shù) 下標(biāo) r徑向坐標(biāo)………………………… m av平均面積 R動環(huán)的內(nèi)徑……………………… m r轉(zhuǎn)子 ???2Re R? 雷諾數(shù) S 定子 Lebeck 在文獻(xiàn) [1]指出，機(jī)械端面密封性能受熱分布的影響和受任何其他因素影響的程度是一樣的。他建議使用由 Tachibana et al[8]和 Gazley[9]得到的公式，該兩文獻(xiàn)研究由旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的內(nèi)面和靜止圓環(huán)的外面組成環(huán)面中的熱傳遞。 以往所有的研究針對端面機(jī)械密封熱傳遞，沒有研究者著手研究努塞爾數(shù)的相關(guān)性。密封組件的材料熱特性列于表 1。本文中中，熱源位于密封界面。 在全域，包括固體和液體。外邊界看做是絕熱壁。無量綱徑向速度是： uU r?? (9) Lopez 之后，根據(jù)雷諾數(shù)的平方根重新確定了這個距離，因而速度曲線能很好圖 ,Cw = 時徑向速度和到上表面距離 英文文獻(xiàn)翻譯 的重合。就如預(yù)測到的，溫度在靜盤和動環(huán)之間的接觸區(qū)達(dá)到最大值，圖 7. r/R=,Re=2042 時徑向速度 和到上表面距離關(guān)系圖 圖 （ Re=2042，Cw=， Pr=667， k/ks=， k/kr=15） 圖 9. r/R=,Cw =， Pr=667， k/ks=， k/kr=15 時，溫升和到上端面距離關(guān)系圖 英文文獻(xiàn)翻譯 為熱源。當(dāng)靠近熱源時其表面溫度的增加而導(dǎo)致了努塞爾數(shù)的增加。 圖 11. Cw =， Pr=667， k/ks=， k/kr=15 時的局部努塞爾數(shù)沿動環(huán)分布情況： （ a）努塞爾數(shù)與徑向坐標(biāo)；（ b）在外坐標(biāo)系中調(diào)整努塞爾數(shù) （ b） （ a） 英文文獻(xiàn)翻譯 在圖 12 中，顯示了對于三種不同的無量綱質(zhì)量流量 Cw 值以及旋轉(zhuǎn)環(huán)上努賽爾數(shù)的演化。這與圖5和 9中所示的厚度比相一致。努塞爾數(shù)顯然成為雷諾數(shù)的函數(shù)。 由于實驗技術(shù)的限 制，計算結(jié)果和測量結(jié)果的比較只能在動環(huán)上進(jìn)行。對于不同的無量綱流速值，努塞爾數(shù)的實驗值列于圖 19，它是雷諾數(shù)的函數(shù)。此外，由于熱源位于接觸區(qū)，努塞爾數(shù)也是流體速率和物質(zhì)熱導(dǎo)率的函數(shù)。 Rotor–stator?？梢宰C實比離心作用所引起的自然流速高很多的冷卻流率是沒用 的，部分油液直接被帶了出去。 另一條曲線已被添加到該圖形上。電機(jī)驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動所消耗功率的測量不包括密封部分。另外值得注意的一點是，對比定子的努賽爾數(shù)和轉(zhuǎn)子的努塞爾數(shù)可得：努塞爾數(shù)是轉(zhuǎn)子導(dǎo)電率的遞增函數(shù)，卻在靜態(tài)壁的情況下是一個遞減函數(shù)。在旋轉(zhuǎn) 環(huán)上，努賽爾曲線與之相符： Nuavr? （ 18） 定子上的努塞爾數(shù)也是普朗特數(shù)的冪函數(shù)： Nuavs? （ 19） 該指數(shù)值比轉(zhuǎn)子的少，因而努塞爾數(shù)對普朗特數(shù)的依賴減少。為了分析這種影響，根據(jù)局部雷諾數(shù)已經(jīng)重新縮放了努塞爾數(shù)，在圖 11（ b）中是為了轉(zhuǎn)子而改進(jìn)的坐標(biāo)函數(shù)。環(huán)的底部存在一個峰值。但是，注意 到， Cw的增加能夠輕微的減小定子邊界層的質(zhì)量流速。他們之間隔著一個核心區(qū)域，核心區(qū)里的流體有相同的軸向渦流速度。假定盤的上表面的自然對流值更低。出口部分引入出口量。無量綱的流動率 從 80。 機(jī)械端面密封實驗裝置如圖 2，碳轉(zhuǎn)子通過支持和錐形擴(kuò)張固定在軸上。他們強(qiáng)調(diào)，旋轉(zhuǎn)環(huán)的努塞爾數(shù)和 Becker 的 公式 [11]非常吻合。這表明，對于一個典型的結(jié)構(gòu)，在密封面的兩側(cè)，熱影響區(qū)長度是接觸寬度的大約兩倍（例如接觸半徑）。CFD（計算流體動力學(xué)） 端面機(jī)械密封用于密封旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的受壓流體，如泵，壓縮機(jī)和攪拌機(jī)，由于存在壓力，溫度和速度，因而不能使用彈性體密封。努塞爾數(shù)是流體的雷諾功能數(shù)和普朗特數(shù)，以及流體與材料導(dǎo)熱系數(shù)比例三者的函數(shù)。文獻(xiàn) [4]作了一個簡要回顧。 1991 年， Doane 等 [12]首次對機(jī)械端面密封的努塞爾數(shù)進(jìn)行測量。目前研究的目標(biāo)是對端面機(jī)械密封進(jìn)行數(shù)值分析，并在較小程度上，進(jìn)行試驗分析。 Owen and Rogers [18]建議采用以下雷諾數(shù)描述流體的特點： 2e RR ???? （ 1） 由于存在質(zhì)流比為 m 的油，產(chǎn)生了流體疊加 ，我們用 Owen and Rogers 提出的無量綱流速比： W mC R?? (2) 流量也是幾何參數(shù)的函數(shù)，是一種間隙比： HG R? (3) 本文的仿真中尺寸參數(shù)為常數(shù)，軸向間隙 H = mm， R = mm，因此， G = 。假設(shè)所研究的目標(biāo)問題是軸對稱的。要獲得可靠的固體之間的熱量分配，熱源零件非常?。? 毫米），且具有較高的熱導(dǎo)率（ 1 11500Wm C ）。 1983 年，Dijkstra 和 Heijst[21]對此進(jìn)行數(shù)值模擬和實驗研究，用的間隙比為 G = 。尤其是，隨著 Cw 的增加在內(nèi)區(qū)域產(chǎn)生了一個小的流動區(qū)。 不同雷諾數(shù)時，距離 定子 r/R＝ 附近的溫度線圖如圖 9 與方程（ 5）一致，溫度邊界層和動量邊界層相同，并能夠用雷諾數(shù)的均分根重新確定。這個結(jié)果表明，努塞爾數(shù)分布圖中左側(cè)高峰 結(jié)論也是一致的。熱參數(shù)的影響在這一節(jié)并沒有體現(xiàn)，而是在下文中分析。因此，努塞爾的相關(guān)效應(yīng)中可以忽略 Cw值的影響。 6 比較實驗 本節(jié)對數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了比較。可以看出，當(dāng)靠近接觸面幾毫米時，轉(zhuǎn)子外表面上的實驗分布減少。 表面溫度在機(jī)械密封中是一個關(guān)鍵參數(shù)。先前在端面機(jī)械密封中觀察到局部努塞爾數(shù)沿密封件有很大差異。通過紅外熱成像原理，實驗元件上的溫度分布得到測定，與溫度曲線非常一致。這一結(jié)論在文獻(xiàn)中找不到相類似的。這個問題是由于漏油圖 設(shè)備 英文文獻(xiàn)翻譯 而導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子上部和靜態(tài)盤半徑之間形成彎液面，也就是低估了溫度源。放在機(jī)械密封端面上的紅外線攝像頭使得溫度分布由通 過靜態(tài)螢石盤和潤滑膜的轉(zhuǎn)子面所決定。固體的導(dǎo)電性隨著流體導(dǎo)電性的變化而變化，從而導(dǎo)致了普朗特數(shù)的變化。本節(jié)的目的在于提出這個數(shù)值與另一個無量綱參數(shù)之間的相關(guān)性。這三條曲線也有類似的形狀，雷諾數(shù)的增加使得熱傳遞更為有效。這比由方程（ 5）計算的 25 要小。受迫流速 Cw 與自然流速 Cwc 的比值由方