环形密封是离心泵的关键部件之一。本书以对我国经济建设和国家安全有重要现实意义的离心泵为具体工程背景，从理论分析、数值计算及试验研究方面，对复杂扰动下的环形密封泄漏及动力学特性开展了深入研究，旨在构建适用于同心环形密封、偏心环形密封及倾斜环形密封的泄漏及动力学特性计算模型，得到环形密封间隙流体激振力作用下的转子系统动力学特性。本书的研究成果对环形密封动力学理论体系的发展和完善具有重要意义，且能促进旋转机械转子系统激振特性的理论研究和工程分析。
本书可作为流体机械环形密封教学和科研人员的参考书，也可为从事旋转机械转子系统设计开发和工程应用的企事业单位技术人员提供借鉴和指导。

前言
书中涉及的部分字符及含义
第1章概述1
1.1离心泵环形密封简介1
1.2环形密封泄漏特性研究现状2
1.2.1数值研究2
1.2.2试验研究3
1.3环形密封动力学特性研究现状5
1.3.1数值研究5
1.3.2试验研究10
1.4环形密封内部流场研究14
1.5本章小结16
第2章离心泵环形密封动静特性的试验研究17
2.1环形密封性能测定系统17
2.1.1环形密封-转子试验台18
2.1.2驱动装置及轴承润滑系统19
2.1.3管路循环系统19
2.1.4信号采集装置20
2.1.5激振器20
2.2环形密封性能测定方法21
2.2.1试验方案及试验步骤21
2.2.2环形密封泄漏量测定23
2.2.3环形密封动力学特性测定23
2.3试验测定结果分析26
2.4本章小结29
第3章离心泵环形密封动力学理论与研究方法31
3.1环形密封数值计算理论31
3.1.1控制方程31
3.1.2湍流RANS数值模型33
3.1.3介质力模型34
3.1.4壁面函数35
3.1.5离散方法36
3.1.6环形密封动力学模型37
3.2环形密封的CFD计算方法39
3.2.1准稳态CFD计算方法39
3.2.2瞬态CFD计算方法40
3.3影响环形密封数值计算精度的因素45
3.3.1湍流模型选择及网格密度45
3.3.2时间步长及求解精度48
3.3.3环形密封上游区和下游区50
3.4环形密封动力学稳定性及判定条件51
3.4.1涡动频率比51
3.4.2有效阻尼51
3.4.3有效刚度52
3.5本章小结52
第4章离心泵同心环形密封动静特性53
4.1研究对象及圆形涡动模型53
4.1.1同心环形密封几何模型及网格53
4.1.2圆形涡动模型54
4.1.3瞬态CFD方法验证56
4.1.4转子涡动条件下的受力分析59
4.2结构尺寸对同心环形密封动静特性的影响63
4.2.1密封长度对同心环形密封动静特性的影响64
4.2.2密封间隙对同心环形密封动静特性的影响70
4.2.3转子直径对同心环形密封动静特性的影响73
4.3操作参数对同心环形密封动静特性的影响76
4.3.1转速对同心环形密封动静特性的影响76
4.3.2压差对同心环形密封动静特性的影响78
4.3.3预旋对同心环形密封动静特性的影响80
4.4锥形密封动静特性分析85
4.4.1锥度对锥形密封动静特性的影响86
4.4.2长径比对锥形密封动静特性的影响93
4.4.3预旋对锥形密封动静特性的影响99
4.5本章小结103
第5章离心泵偏心环形密封动静特性104
5.1研究对象及偏心涡动模型104
5.1.1偏心环形密封几何模型及网格104
5.1.2偏心涡动模型及流体激振力105
5.2偏心环形密封的动静特性研究110
5.2.1瞬态CFD方法验证110
5.2.2静态偏心率和涡动模型对偏心环形密封动特性系数的影响113
5.2.3转子涡动幅度对偏心环形密封动特性系数的影响114
5.3操作参数对偏心环形密封动静特性的影响116
5.4本章小结122
第6章离心泵倾斜环形密封动静特性123
6.1研究对象及圆锥涡动模型123
6.1.1倾斜环形密封几何模型及网格123
6.1.2圆锥涡动模型124
6.1.3瞬态CFD方法验证128
6.2倾斜环形密封内的流体激振力研究131
6.2.1倾斜环形密封内的压力场131
6.2.2密封进出口相位差对流体激振力的影响133
6.2.3涡动比对流体激振力的影响135
6.2.4预旋对流体激振力的影响140
6.3倾斜环形密封动静特性研究140
6.3.1长径比对倾斜环形密封动静特性的影响140
6.3.2倾斜角对长倾斜环形密封动静特性的影响145
6.4本章小结153
第7章离心泵迷宫密封及离心泵转子系统动力学特性155
7.1研究对象155
7.2结构尺寸对迷宫密封动静特性的影响157
7.2.1齿腔宽度对不同迷宫密封动静特性的影响157
7.2.2齿腔高度对不同迷宫密封动静特性的影响162
7.3操作参数对迷宫密封动静特性的影响167
7.3.1压差对不同迷宫密封动静特性的影响167
7.3.2转速对不同迷宫密封动静特性的影响172
7.4固液两相工况下迷宫密封动静特性分析177
7.4.1颗粒粒径对不同迷宫密封动静特性的影响177
7.4.2颗粒浓度对不同迷宫密封动静特性的影响179
7.5离心泵转子系统动力学特性分析184
7.5.1转子系统“干态”模态分析185
7.5.2转子系统“湿态”模态分析187
7.6本章小结190
参考文献192

离心泵是石油化工、航空航天及核电等流程工业领域的核心设备，其作用是对液态工作介质加压，将其输送至系统内各生产流程节点与操作单元，是整个液体输送系统的心脏。环形密封是离心泵的关键部件之一，主要用于抑制动静部件之间从高压区到低压区的泄漏流动，常见形式包括叶轮口环、级间密封和平衡鼓等。环形密封的密封性能直接影响离心泵的工作效率，当输送易燃、易爆、有毒等工质时，要求环形密封具有更好的密封性能。虽然环形密封的主要功能是抑制泄漏流动，但在控制泄漏的同时还会产生流体激振力，易诱发转子部件出现涡动失稳现象，对离心泵转子系统动力学特性产生显著影响，导致泵机组运行稳定性下降。尽管国内外对环形密封的泄漏及动力学特性开展了较多的理论分析和试验研究，但目前还未很好地揭示同心扰动、偏心扰动及倾斜扰动下的环形密封泄漏及动力学特性。
本书以离心泵环形密封为对象，从理论分析、数值计算及试验研究方面，对复杂扰动下的环形密封泄漏及动力学特性开展了深入研究，旨在构建适用于同心环形密封、偏心环形密封及倾斜环形密封的泄漏及动力学特性计算模型，得到环形密封及间隙流体激振力作用下的转子系统动力学特性。本书的研究成果对环形密封动力学理论体系的发展和完善具有重要意义，且能促进旋转机械转子系统激振特性的理论研究和工程分析。
本书在编写过程中，得到了浙江水利水电学院和浙江理工大学教师和学生的大力支持，同时也得到了杭州大路实业有限公司在模型加工和试验测试等方面提供的帮助，在此作者一并表示衷心的感谢！此外，本书受到浙江省自然科学基金项目（LQN26E060019）的资助。
限于作者的能力和水平，加之时间仓促，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。
作者