針對接觸式機(jī)械密封普遍存在的滲漏現(xiàn)象，考慮到流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)和在密封端面間的流動(dòng)具有相似特征，基于多孔介質(zhì)模型建立密封端面間滲流模型，通過對動(dòng)量方程和連續(xù)性方程的推導(dǎo)，得到適用于密封端面間流體流動(dòng)的控制方程，提出一種密封端面間泄漏率的解析計(jì)算新方法，并與COMSOL 數(shù)值模擬得到的泄漏率進(jìn)行對比分析；研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介質(zhì)壓力和彈簧比壓對靜壓泄漏特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，泄漏率隨孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介質(zhì)壓力的增大而增大，隨彈簧比壓的增大而減小，解析計(jì)算結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果的變化趨勢基本一致，證明該解析法計(jì)算泄漏率具有實(shí)用性和可行性。

　　機(jī)械密封通過彈性元件使動(dòng)靜環(huán)端面貼合達(dá)到密封效果，但是由于表面粗糙度的存在端面間會(huì)形成大大小小的孔隙，這些孔隙連通之后，在壓差作用下密封流體將產(chǎn)生滲漏。滲漏現(xiàn)象普遍存在于各種密封件，比如墊片密封、機(jī)械密封的O型圈輔助密封。

　　針對靜壓下機(jī)械密封端面間的滲漏，一般采用雷諾方程來描述其流體流動(dòng)狀態(tài)，通過引入流量因子分析端表面粗糙度對泄漏特性的影響。這種方法在端面流體膜厚值較大時(shí)適用，而Tripp認(rèn)為在表面微凸體接觸比較充分時(shí)，采用多孔介質(zhì)模型來描述密封端面間的流體泄漏更為合理，之后Lo結(jié)合多孔介質(zhì)理論、連續(xù)滲流理論、流量因子模型得到了新的流量因子模型。然而采用流量因子模型分析表面粗糙度對機(jī)械密封泄漏特性的影響時(shí)，對表面粗糙度采取了平均化處理，求出的泄漏率是一個(gè)平均值，因此亟需一種新的模型預(yù)測密封端面間的泄漏率。

　　多孔介質(zhì)模型在刷式密封中應(yīng)用已經(jīng)較為普遍。在刷式密封泄漏特性分析中，將刷絲區(qū)處理為多孔介質(zhì)，考慮刷絲區(qū)的軸向和徑向孔隙率，通過在平均N-S 方程中引入黏性阻力項(xiàng)和慣性阻力項(xiàng)，得到新的NAS 方程，數(shù)值計(jì)算得到的泄漏率和實(shí)驗(yàn)測得的泄漏率十分接近，進(jìn)而驗(yàn)證了刷式密封中采用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行分析的可行性，為準(zhǔn)確計(jì)算刷式密封泄漏率提供了一種新方法。但是，多孔介質(zhì)模型在機(jī)械密封領(lǐng)域的應(yīng)用還未見公開報(bào)道。

　　本文作者基于多孔介質(zhì)模型及其在刷式密封中的處理方法，通過將機(jī)械密封端面處理為多孔介質(zhì)，建立端面間流體流動(dòng)的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，并在動(dòng)量方程中引入黏性阻力項(xiàng)，推導(dǎo)出適用于描述機(jī)械密封端面流體流動(dòng)的新的控制方程，據(jù)此提出靜壓條件下端面泄漏率的計(jì)算解析式，同時(shí)采用COMSOL 軟件對端面多孔介質(zhì)間的流體進(jìn)行數(shù)值模擬，對比分析2 種計(jì)算方法預(yù)測的泄漏率變化規(guī)律，以此驗(yàn)證解析法的可行性和實(shí)用性。

　　1、計(jì)算模型

　　1.1、泄漏率解析計(jì)算模型

　　圖1 所示為機(jī)械密封的端面間多孔介質(zhì)模型，其中小圓圈表示的是端面間微凸體接觸區(qū)域，流體不能穿過此區(qū)域，其他部分表示的是流體可自由流動(dòng)的區(qū)域。

圖1 機(jī)械密封端面多孔介質(zhì)模型

　　3、結(jié)論

　　(1) 基于多孔介質(zhì)模型建立端面間的滲流通道模型，在動(dòng)量方程中添加黏性阻力項(xiàng)，通過動(dòng)量方程和連續(xù)性方程的推導(dǎo)，得到端面間泄漏率的新解析式；同時(shí)，采用COMSOL 中的自由和多孔介質(zhì)耦合物理模型對密封端面的流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬；結(jié)果顯示，解析解和數(shù)值模擬結(jié)果得到的密封端面間流體膜壓分布非常一致。

　　(2) 分析了孔隙率、粗糙度、壓力、膜厚和彈簧比壓對泄漏率的影響，計(jì)算結(jié)果顯示泄漏率隨孔隙率、粗糙度、壓力和膜厚的增大而增大，隨彈簧比壓的增大而減小，所研究結(jié)果對接觸式機(jī)械密封靜壓泄漏特性預(yù)測具有一定的理論意義。

　　(3) 解析公式計(jì)算得到的泄漏率與數(shù)值模擬得到的結(jié)果吻合較好，隨各幾何參數(shù)和操作參數(shù)的變化規(guī)律一致，因此采用此解析公式進(jìn)行泄漏率計(jì)算是切實(shí)有效的。