《表2 超临界CO2干气密封应用工况示例》

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《高速超临界二氧化碳干气密封实际效应影响分析》

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对比分析了线速度v=150 m·s-1，不同压力和温度组合条件（情况1 po=8.0 MPa，T=350 K；情况2po=8.0 MPa，T=750 K；情况3 po=14.0 MPa，T=350 K；情况4 po=14.0 MPa，T=750 K）下惯性效应、湍流效应和实际气体效应对超临界CO2干气密封膜压分布的影响。图6所示为上述四种典型压力和温度组合条件下，相较于基于理想气体假设的膜压计算结果，基于实际气体计算所得的膜压差值等值线分布图，其中膜压差值为密封端面各点处实际气体对应膜压与理想气体对应膜压的差值。从图中可看出，在温度靠近临界点时（情况1和情况3），基于实际气体和理想气体的超临界CO2干气密封膜压差异明显，如在po=14.0 MPa，T=350 K时，两者的最大膜压差值达到2.77 MPa；而当温度远离临界点（情况2和情况4）时，基于实际气体和理想气体的超临界CO2干气密封膜压差异很小，两者的最大膜压差值不超过0.1 MPa。结合图5可发现，当温度靠近临界点时，超临界CO2的密度和黏度随压力和温度变化十分敏感，而当温度远离临界点时，密度和黏度对压力和温度不敏感，正是CO2在近临界点这种特殊物性造成上述这种差异。进一步，分析情况1和情况3时惯性效应和湍流效应的影响发现，考虑实际湍流效应后的干气密封端面膜压与基于层流假设的端面膜压差异明显，而是否考虑惯性效应对干气密封端面膜压差值分布没有明显影响。结合表2中所列的超临界CO2干气密封的典型应用案例工况，可以看出密封介质温度集中于320～480 K之间，也即温度靠近临界点的工况，故下文中将对T=350 K，介质压力分别为8 MPa和14 MPa这两种工况下超临界CO2干气密封稳态性能及实际效应影响机理进行深入研究。