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针对核主泵流体动压型机械密封国产化进程缓慢,理论研究缺乏的现状,为解决工程设计中热流固耦合关系对核主泵机械密封性能影响的问题,本文建立了同时满足质量守恒与能量守恒的有限元热弹流模型,可对流体动压型机械密封进行较准确的性能预测,进一步完善了核主泵流体动压型机械密封的工程设计理论。本文主要针对现役核主泵流体动压型机械密封,分析其端面深槽作用机制、密封环在热流固耦合作用下在变形规律及在不同工况下的运行状态。本文基于有限单元法,建立了同时满足质量守恒与能量守恒的三维热弹流模型。通过引入Fischer-Burmeister函数处理JFO空化问题中压力与密度的非线性互补关系,将空化问题转化为等式方程,实现了空化密度场与压力场的同时迭代求解。使用影响因子法实现端面膜压与端面变形的解耦,避免了动静环整体变形求解带来的求解效率低的问题。使用牛顿迭代法求解由雷诺方程、空化方程及轴向力平衡方程组成的弹流润滑分析方程组,具有极高的收敛性能与求解效率。使用松弛迭代法整体求解由动静环热传导方程及液膜平均能量方程组成的温度场循环,由此实现液膜黏性生热量对动静环端面的自动分配,从而保证传热模型的能量守恒。将弹流模块作为压力求解程序嵌入温度场循环,以实现机械密封润滑端面的热流固耦合。使用本文提出的热弹流润滑模型对常见的U型深槽流体动压型机械密封进行分析,结果表明:传统上认为槽区局部冷却形成的周期性温度分布并没有在密封端面产生大的周期性波度,反而是槽区局部结构不连续所产生的周期性力变形对周期性波度的贡献更大。关于深槽结构参数的分析表明,随着槽数与槽长的增加,动压开启性能显著提升,端面呈现较为明显的波度,平衡膜厚显著提升。在正常运行时三级密封运行状况与密封性能均基本一致;而在全压工况下,密封泄漏率急剧提升;在SBO及LOSC等极端工况下,密封端面将迅速发生接触,若不及时采取措施,端面将发生接触磨损而发生失效。通过本文稳态模型分析,从端面动压开启能力的角度,认为Flowserve公司多槽数细长槽的槽型结构是深槽密封的优化方向。但本文模型无法分析由局部热点导致的密封失效问题,槽型结构对密封端面瞬态散热的影响无法给出,仍需进一步研究。