趙文靜，屠治榮，孟祥鎧，江錦波，彭旭東

（浙江工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，浙江 杭州 310023）

引 言

密封端面織構(gòu)化是一種有效提高機械密封摩擦學(xué)性能和密封性能的重要途徑，它不僅有利于提高液膜剛度與承載能力，還能起到減磨、降低泄漏率和溫升等的作用。密封端面表面織構(gòu)的輪廓形狀是提升織構(gòu)性能的重要因素[1]。在織構(gòu)輪廓形狀的早期設(shè)計階段，國內(nèi)外學(xué)者主要關(guān)注于對比圓形、橢圓形、三角形等規(guī)則形狀的摩擦學(xué)特性和密封性能。Etsion 等[2]采用數(shù)值模擬方法對球缺型面微孔織構(gòu)的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了分析，但未考慮織構(gòu)形狀的多樣性。Siripuram 等[3]對比分析了方形、菱形、圓形、六角形和三角形微凹坑織構(gòu)和微凸體織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)凹凸體織構(gòu)的截面尺寸對摩擦因數(shù)和泄漏率的影響較為顯著；截面形狀對摩擦因數(shù)影響較小，對泄漏率影響較大，且三角形微凸體的泄漏率最小，方形微凸體的泄漏率最大。彭旭東等[4]以最大液膜剛度為優(yōu)化目標(biāo)，獲得了具有最優(yōu)幾何參數(shù)的矩形面、橢圓面、球缺面和拋物面，并指出矩形面微孔擁有最佳的綜合性能。隨后，又對比研究了圓形、正方形、正六邊形、三角形的微凹坑織構(gòu)和微凸體織構(gòu)，發(fā)現(xiàn)同工況下微凹坑織構(gòu)的密封性能優(yōu)于微凸體織構(gòu)，且三角形織構(gòu)在高速低載工況下具有良好的摩擦學(xué)特性[5]。Yu等[6]對比分析了單個圓形、橢圓形與三角形織構(gòu)在不同滑動方向上的摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)微孔織構(gòu)的方向性對承載能力具有重要的影響作用。Qiu 等[7]研究了不同織構(gòu)對機械密封性能的影響，結(jié)果表明相比于圓形織構(gòu)、長軸沿徑向方向的橢圓形織構(gòu)，長軸沿圓周方向的橢圓形織構(gòu)更有利于降低密封端面的摩擦因數(shù)。隨后，Qiu等[8-9]采用數(shù)值方法研究了單個球體、圓形、橢圓體、橢圓形、三角形、V 形織構(gòu)對氣體滑動軸承承載力、摩擦因數(shù)與軸承剛度的影響，指出橢圓體織構(gòu)具有最高的承載力、最低的摩擦因數(shù)和最高的液膜剛度。Xie等[10]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，相比于圓形織構(gòu)和尖部逆著旋轉(zhuǎn)方向的三角形織構(gòu)，尖部順著旋轉(zhuǎn)方向的三角形織構(gòu)更有利于降低密封端面的摩擦因數(shù)。同時，一些學(xué)者基于仿生工程也提出了非規(guī)則形狀織構(gòu)，分析了摩擦學(xué)特性。例如，Meng 等[11]根據(jù)硅藻殼設(shè)計了一種復(fù)合型織構(gòu)，數(shù)值結(jié)果表明與簡單的織構(gòu)相比，復(fù)合型織構(gòu)具有更大的承載力和更小的摩擦因數(shù)；李俊玲等[12]采用正交實驗法確定了葫蘆形織構(gòu)的最優(yōu)值，實驗結(jié)果表明，相比于圓凹坑織構(gòu)和光滑表面，葫蘆形織構(gòu)表面具有更低的摩擦因數(shù)；Uddin 等[13]設(shè)計了一種“星形”織構(gòu)，數(shù)值結(jié)果表明，這種星形織構(gòu)具有比橢圓形、人字形、三角形和圓形織構(gòu)更低的摩擦因數(shù)。

近年來，一些研究者嘗試對非規(guī)則織構(gòu)形狀進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化研究，即采用樣條曲線或控制點來構(gòu)造織構(gòu)的幾何輪廓，基于通用智能優(yōu)化算法（如序列二次規(guī)劃算法、遺傳算法）尋優(yōu)，獲得了一些具有優(yōu)良摩擦學(xué)性能的非規(guī)則織構(gòu)形狀。例如，Shen等[14]以最大承載力為目標(biāo)函數(shù)，采用序列二次規(guī)劃算法研究動壓潤滑單向和雙向滑動條件下的最佳織構(gòu)形狀，結(jié)果表明在單向滑動下最佳形狀類似V字形，雙向滑動下最佳形狀類似一副對稱的“梯形”，在同一參數(shù)下，與圓形、橢圓形、方形、六邊形與菱形相比，類似V 形織構(gòu)具有較大的承載能力。隨后，Shen 等[15]又對端面密封的單個織構(gòu)形狀進(jìn)行了研究，并將V形織構(gòu)與規(guī)則織構(gòu)進(jìn)行實驗對比，得出不同面積比下最佳形狀都類似V 字形；Zhang等[16-17]以摩擦因數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法對處于往復(fù)運動和單向運動下的織構(gòu)形狀進(jìn)行了研究，指出子彈形和魚形織構(gòu)適合于單向運動工況，往復(fù)運動最優(yōu)織構(gòu)形狀類似橢圓形和紡錘形，且實驗證明了在高速輕載工況下具有更低的摩擦因數(shù)；Wang等[18-19]基于多目標(biāo)遺傳算法對干氣密封端面的表面織構(gòu)形狀進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，理論和實驗結(jié)果表明：在相同的泄漏率下，相對于圓形、橢圓形、方形、三角形等規(guī)則形狀而言，非對稱V 字形織構(gòu)具有較好的承載能力和密封性能。由此可見，通過形狀優(yōu)化獲得的非規(guī)則V形織構(gòu)比規(guī)則織構(gòu)具有更優(yōu)的摩擦學(xué)性能。

然而，上述尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法限于固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，難以通過改變點線面的拓?fù)潢P(guān)系來進(jìn)一步提升密封端面的摩擦學(xué)性能。據(jù)此，國內(nèi)外學(xué)者引入拓?fù)鋬?yōu)化方法來研究最佳織構(gòu)形狀以及織構(gòu)深度分布規(guī)律。例如，Buscaglia 等[20]采用靈敏度分析和遺傳算法研究表面織構(gòu)的深度分布規(guī)律；Waseem 等[21-22]針對基于均化理論的雙尺度模型，通過均勻化方法來優(yōu)化織構(gòu)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到優(yōu)化織構(gòu)化表面宏觀性能的目的；Codrignani 等[23]提出一種基于伴隨方法的拓?fù)鋬?yōu)化策略來研究滿足質(zhì)量守恒空化算法下織構(gòu)深度分布規(guī)律。

水平集法作為一種拓?fù)鋬?yōu)化算法，由于具備非參數(shù)描述曲線曲面、方便追蹤拓?fù)潢P(guān)系的特征，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域[24-26]。本課題組[27]在前期研究中提出了一種基于水平集法的表面織構(gòu)優(yōu)化方法，以最大液膜承載力為優(yōu)化目標(biāo)獲得了一種非規(guī)則V 形織構(gòu)形狀。由于前期的研究工作[27]僅研究了單個最佳織構(gòu)，均布的V 形織構(gòu)陣列是否有利于提升密封端面承載能力等性能有待進(jìn)一步確認(rèn)。據(jù)此，本文基于上述研究工作，通過多段三次貝塞爾曲線擬合上述V 形織構(gòu)的輪廓邊界，將其應(yīng)用于機械密封端面，通過建立密封端面液膜的分析模型，研究非規(guī)則V 形表面織構(gòu)幾何參數(shù)及密封工況參數(shù)對密封性能的影響，并與三角形（特指等邊三角形）和圓形織構(gòu)密封端面進(jìn)行對比，為進(jìn)一步提高微織構(gòu)化端面的密封性能提供支持。

1 理論模型

1.1 幾何模型

圖1(a)所示為織構(gòu)化機械密封端面，在其靜環(huán)的密封端面上采用激光技術(shù)加工出非規(guī)則V 形、三角形和圓形織構(gòu)。由于織構(gòu)沿密封端面周向呈現(xiàn)均勻分布，為方便研究，沿周向方向取一列織構(gòu)作為研究對象，如圖1(b)所示。圖中ω為動環(huán)角速度，ri、ro分別為密封端面的內(nèi)外半徑，po、pi分別為密封端面外徑處和內(nèi)徑處的壓力，h0為密封間隙，hg為微織構(gòu)深度。另外，周期列數(shù)為N，單列織構(gòu)的徑向開孔數(shù)目為Np。

圖1 表面織構(gòu)化的機械密封示意圖Fig.1 Schematic diagram of mechanical seal with textured surface

1.2 數(shù)學(xué)模型

假設(shè)密封端面間潤滑液膜處于層流狀態(tài)，充滿著不可壓縮牛頓流體，忽略密封端面粗糙度、表面變形、流體慣性及溫升的影響，則液膜可由基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化算法的雷諾方程[28-29]描述，如式(1)和式(2)所示。

式中，h為液膜厚度；μ為液膜動力黏度；p為液膜壓力；pc為密封介質(zhì)的空化壓力；Ux、Uy分別為動環(huán)沿x、y軸方向的滑動速度；密度比θ是液膜密度ρ與液膜液體狀態(tài)下密度ρL的比值。

為了得到通用性規(guī)律，在本文中使用無量綱分析方法。對式(1)和式(2)進(jìn)行無量綱化得到式(3)和式(4)。

式中無量綱項定義如下。

式中，pa為大氣壓力；Λ為密封端面的特征數(shù)。

單列織構(gòu)[圖1(b)]除了周向上設(shè)置周期性壓力邊界條件外，還需在內(nèi)外徑處添加壓力邊界條件。內(nèi)外徑處的壓力邊界條件如式(6)所示。

式中，PD1與PD2分別為無量綱外徑與內(nèi)徑壓力；Ri與Ro分別為無量綱內(nèi)外半徑。

采 用 SUPG (Streamline-Upwind∕Petrov-Galerkin) 有限元方法[28-29]求解上述無量綱方程，獲得端面液膜壓力分布與密度比后，密封的主要性能參數(shù)（承載力LCC、泄漏率Q、摩擦因數(shù)f和液膜剛度Kz）分別采用式（7）～式（10）求得，計算模型和方法已做了正確性驗證。其中，摩擦因數(shù)f[式(9)]推導(dǎo)結(jié)果同文獻(xiàn)[30]。

式中，Ω為一個周期單元的計算域；n為弧線上的外法線向量；s為一個周期單元的內(nèi)徑弧長；Δ-h為膜厚的微擾量。

2 結(jié)果與討論

為了便于對比分析，在研究中選取以下結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù)進(jìn)行計算。

(1)結(jié)構(gòu)參數(shù)

密封環(huán)端面內(nèi)半徑ri= 24 mm，外半徑ro= 34 mm，基礎(chǔ)膜厚h0=2.5 μm，孔深hg=5 μm，無量綱內(nèi)半徑Ri=1，無量綱外半徑Ro=ro∕ri=1.417，織構(gòu)深度比ζ=hg∕h0=2，周期列數(shù)N=120，單列織構(gòu)的開孔數(shù)目Np=8，密封端面開孔的面積比AR=20%。

(2)工況參數(shù)

大氣壓力pa=0.1 MPa，空化壓力值pc=0 MPa，密封內(nèi)徑處壓力pi=0.1 MPa，密封外徑處壓力po=1 MPa，密封介質(zhì)為水[動力黏度μ=1×10-3Pa·s(20℃)]，動環(huán)角速度ω=170 rad∕s，無量綱內(nèi)徑壓力PD2=1，無量綱外徑壓力PD1=10，特征數(shù)Λ=942。

在下述分析參數(shù)對密封性能的影響研究中，除特別說明外，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù)均保持不變。

2.1 膜壓分布

圖2 所示為相同開孔數(shù)目和開孔面積比AR 下不同織構(gòu)形狀的液膜壓力分布。由圖可知，非規(guī)則V 形織構(gòu)與三角形織構(gòu)的無量綱壓力峰值分別為11.8與11.5，位于織構(gòu)的尖峰位置，而圓形織構(gòu)的無量綱壓力峰值為10.9，遠(yuǎn)小于V 形織構(gòu)和三角形織構(gòu)。這是由于在密封動環(huán)的周向剪切作用下，潤滑液膜受到前兩種織構(gòu)兩側(cè)邊界的導(dǎo)流作用，在織構(gòu)尖部匯聚疊加而成，故無量綱壓力峰值相對較大，尤其是非規(guī)則的V 形織構(gòu)，其兩側(cè)的楔形幾何構(gòu)型的導(dǎo)流作用更強，因此其動壓效應(yīng)在三種織構(gòu)中也是最強的。由液膜最低壓力可見，圓形織構(gòu)具有最低的液膜壓力，非規(guī)則V形織構(gòu)次之，而三角形織構(gòu)最大。

圖2 不同織構(gòu)形狀的密封端面液膜壓力分布Fig.2 Pressure distribution of seal face with different texture shapes

2.2 幾何參數(shù)對密封性能的影響

2.2.1 開孔面積比的影響 開孔面積比AR 是微織構(gòu)面積與一個周期單元面積的比值。圖3所示為在不同織構(gòu)形狀下開孔面積比AR 對機械密封性能的影響，其中開孔面積比AR 的變化通過保持開孔數(shù)目不變，改變單個織構(gòu)面積獲得。值得注意的是，V形織構(gòu)通過多段三次貝塞爾曲線擬合獲得，其特征尺寸為貝塞爾曲線的控制點，通過控制點的坐標(biāo)變換來實現(xiàn)V形織構(gòu)面積的改變。

圖3 開孔面積比對機械密封性能的影響Fig.3 Effect of area ratio on mechanical seal performance

由圖3(a)可知，隨著AR 的增大，V 形與三角形織構(gòu)的承載力逐漸增大，而圓形織構(gòu)的承載力呈緩慢下降的趨勢，且下降幅度較小。同時，在同一AR下V形織構(gòu)的承載力最大，三角形織構(gòu)次之，圓形織構(gòu)最小，這是因為V 形和三角形織構(gòu)的尖部能匯聚流體，從而增強動壓效應(yīng)。當(dāng)AR 大于10%時，承載力增大趨勢較為顯著。從圖3(b)可得，三種織構(gòu)的泄漏率均隨著AR 的增大而增大，且在同一AR 下，泄漏率由大到小依次為三角形織構(gòu)、V 形織構(gòu)與圓形織構(gòu)。當(dāng)AR 小于10%時，V 形織構(gòu)和三角形織構(gòu)的泄漏率結(jié)果相差較小。由圖3(c)可知，隨著AR的增大，三種織構(gòu)的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)下降的趨勢，與泄漏率變化規(guī)律相反，這是因為承載力起主導(dǎo)作用，承載力越大，摩擦因數(shù)越小，且在同一AR 下圓形織構(gòu)的摩擦因數(shù)最大，V形織構(gòu)最小。比較而言，當(dāng)AR 大于10%時，V 形織構(gòu)的優(yōu)勢更為明顯。由圖3(d)可知，隨著AR 的增大，V 形織構(gòu)與三角形織構(gòu)的液膜剛度均呈現(xiàn)上升的趨勢，而圓形織構(gòu)的液膜剛度基本保持不變，且在同一AR 下V 形織構(gòu)的液膜剛度最大，圓形織構(gòu)最小。這是因為液膜剛度反映了膜厚的微擾動對流體動壓承載力的改變能力，受流體動壓效應(yīng)的影響，因而液膜剛度變化規(guī)律與承載力一致。綜上所述，開孔面積比AR 的變化對V 形與三角形織構(gòu)的密封性能影響較大，而對圓形織構(gòu)的密封性能影響不大。當(dāng)AR 一定時，三種織構(gòu)中V 形織構(gòu)的承載力、摩擦因數(shù)與液膜剛度均最優(yōu)，且泄漏率略小于三角形織構(gòu)，當(dāng)AR 大于10%時這種效果更為明顯。當(dāng)AR 小于10%時，密封性能參數(shù)相差相對較小。

2.2.2 織構(gòu)深度比的影響 圖4為在不同織構(gòu)形狀下深度比ζ對機械密封性能的影響規(guī)律。

圖4 深度比對機械密封性能的影響Fig.4 Effect of depth ratio on mechanical seal performance

由圖4(a)可見，隨著織構(gòu)深度比ζ的增加，非規(guī)則V形與三角形織構(gòu)的承載力均呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，且V形織構(gòu)的承載力大于三角形織構(gòu)，當(dāng)ζ大于1.00 時，這種效果更為明顯，在ζ約為1.77時，V形織構(gòu)的承載力得到最大值，而圓形織構(gòu)的承載力基本不變，這是因為在液膜未發(fā)生空化的條件下，具有對稱性的織構(gòu)不具有良好的動壓效應(yīng)，與流體動壓效應(yīng)強弱程度有關(guān)。由圖4(b)可見，隨著ζ的增大，三種織構(gòu)的泄漏率均呈現(xiàn)增大的趨勢，且V形織構(gòu)的泄漏率增大程度遠(yuǎn)大于其他兩種織構(gòu)，圓形織構(gòu)的增大程度最小。由圖4(c)可見，隨著ζ的增加，三種織構(gòu)的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢，且在同一ζ下V 形織構(gòu)的摩擦因數(shù)最小，而圓形織構(gòu)的最大。由圖4(d)可見，液膜剛度的變化規(guī)律與承載力變化規(guī)律類似，隨著ζ的增加，V 形與三角形織構(gòu)的液膜剛度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且V形織構(gòu)的液膜剛度逐漸大于三角形織構(gòu)，當(dāng)ζ=1.50時，液膜剛度達(dá)到最大值，而圓形織構(gòu)的液膜剛度隨ζ的增加變化不大，在同一ζ下圓形織構(gòu)的液膜剛度最小。綜上可知，織構(gòu)深度比的變化對V 形與三角形織構(gòu)的密封性能影響較大，而對圓形織構(gòu)影響不大，在同一深度比下，V 形織構(gòu)的承載力、摩擦因數(shù)與液膜剛度均相對最優(yōu)，且在ζ大于1.00 時，這種效果更為顯著，但同時泄漏率亦呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

2.3 工況參數(shù)對密封性能的影響

2.3.1 特征數(shù)的影響 圖5所示為不同織構(gòu)形狀下不同特征數(shù)Λ對機械密封性能的影響規(guī)律。特征數(shù)Λ是與密封轉(zhuǎn)速正相關(guān)的無量綱數(shù)，轉(zhuǎn)速越大，特征數(shù)越大。

圖5 特征數(shù)對機械密封性能的影響Fig.5 Effect of characteristic number on mechanical seal performance

由圖5(a)可見，由于流體動壓效應(yīng)隨著Λ的增大而持續(xù)增強，因此隨著Λ的增大，V 形織構(gòu)和三角形織構(gòu)的承載力均呈現(xiàn)線性增大的變化規(guī)律，而圓形織構(gòu)的承載力基本不變，且在同一Λ下V 形織構(gòu)的承載力最大，圓形織構(gòu)最小。由圖5(b)可見，隨著Λ的增大，三種織構(gòu)的泄漏率變化趨勢不同：V 形織構(gòu)上升趨勢非常緩慢，基本沒有太大的變化，三角形織構(gòu)呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，而圓形織構(gòu)基本保持不變。在同一Λ下，三角形織構(gòu)的泄漏率最大，而圓形織構(gòu)的泄漏率最小。由圖5(c)可見，三種織構(gòu)的摩擦因數(shù)隨著Λ的增大而增大，且三種織構(gòu)摩擦因數(shù)的變化曲線幾乎一致。特征數(shù)Λ隨著密封環(huán)角速度的改變而改變，由于轉(zhuǎn)速增加，Λ增加，液膜的黏性剪切作用增強，故摩擦因數(shù)增大。同時，在同一Λ下，圓形織構(gòu)的摩擦因數(shù)增長速度最大，V形織構(gòu)最小，且隨著Λ的增大，這種效果越顯著。當(dāng)Λ小于1260 時，三種織構(gòu)的摩擦因數(shù)差別不大。由圖5(d)可見，液膜剛度的變化規(guī)律與承載力的變化規(guī)律類似，隨著Λ的增大，V 形與三角形織構(gòu)的流體動壓效應(yīng)持續(xù)增強，其液膜剛度呈現(xiàn)線性增大的趨勢，而圓形織構(gòu)的液膜剛度基本保持不變，且在同一Λ下V 形織構(gòu)的液膜剛度最大，圓形織構(gòu)最小。綜上可知，在相同的特征數(shù)Λ下，V 形織構(gòu)的承載力、摩擦因數(shù)與液膜剛度最優(yōu)，泄漏率雖呈現(xiàn)出緩慢增大的趨勢，但增大趨勢較小。

2.3.2 密封介質(zhì)壓力的影響 圖6所示為不同織構(gòu)形狀下不同密封介質(zhì)壓力PD1對機械密封性能的影響。由圖6(a)可見，隨著PD1的增大，液膜流體的靜壓效應(yīng)得到持續(xù)增強，三種織構(gòu)的承載力呈現(xiàn)出線性增大的變化規(guī)律，且三種織構(gòu)的變化曲線幾乎一致。由圖6(b)可見，隨著PD1的增大，三種織構(gòu)的泄漏率均持續(xù)線性增大。這是由于密封介質(zhì)壓力的增大使得密封端面內(nèi)外半徑的靜壓差增大，致使沿泄漏方向的壓力梯度變大，從而導(dǎo)致泄漏率的增加。由圖6(c)可見，隨著PD1的增大，三種織構(gòu)的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，這是因為承載力起主導(dǎo)作用，承載力越大，摩擦因數(shù)越小。由圖6(d)可見，由于密封介質(zhì)壓力的變化增強了液膜的靜壓效應(yīng)，因此隨著PD1的增大，液膜剛度隨密封介質(zhì)壓力的變化不大，三種織構(gòu)的液膜剛度基本保持不變，但在同一PD1下，V 形織構(gòu)的液膜剛度最大，約是三角形織構(gòu)的2 倍，而圓形織構(gòu)最小，基本保持在0 附近。綜上可知，密封介質(zhì)壓力的變化對三種織構(gòu)的機械密封性能影響較大，且在相同的介質(zhì)壓力條件下，三種織構(gòu)的承載力、泄漏率和摩擦因數(shù)結(jié)果相差不大，但V 形織構(gòu)的液膜剛度最優(yōu)，約是三角形織構(gòu)的2 倍，而圓形織構(gòu)的液膜剛度最小。

圖6 密封介質(zhì)壓力對機械密封性能的影響Fig.6 Effect of seal medium pressure on mechanical seal performance

3 結(jié) 論

本文采用有限元數(shù)值模擬方法研究了新型非規(guī)則V 形表面織構(gòu)對機械密封性能的影響，探討了不同幾何參數(shù)和工況參數(shù)下承載力、泄漏率、摩擦因數(shù)和液膜剛度等密封性能參數(shù)的變化規(guī)律，并與三角形和圓形表面織構(gòu)進(jìn)行了對比優(yōu)選分析，具體結(jié)論如下。

（1）相比于圓孔織構(gòu)和三角形織構(gòu)，新型非規(guī)則V形織構(gòu)上下兩側(cè)的楔形結(jié)構(gòu)具有明顯的收集和匯聚液膜的作用，使其具有更強的動壓效應(yīng)和液膜承載力，開孔面積比、深度比、密封特征數(shù)和密封介質(zhì)壓力對V形織構(gòu)與三角形表面織構(gòu)的密封性能具有較大影響，而對圓形織構(gòu)的密封性能影響不大。

（2）在研究幾何和工況參數(shù)范圍內(nèi)，新型V形表面織構(gòu)的機械密封性能相對較優(yōu)，其承載力、摩擦因數(shù)與液膜剛度均略優(yōu)于三角形織構(gòu)，遠(yuǎn)優(yōu)于圓形織構(gòu)；對于泄漏率，雖然V形織構(gòu)泄漏率略低于三角形織構(gòu)，但呈現(xiàn)增長的趨勢。

（3）當(dāng)織構(gòu)開孔面積比AR 大于10%、深度比ζ大于1.00 時，V 形織構(gòu)具有比三角形織構(gòu)和圓形織構(gòu)更明顯的優(yōu)勢，且在ζ約為1.77 和1.50 時，V 形織構(gòu)的承載力和液膜剛度分別達(dá)到最大值；在不同密封壓力下，V 形織構(gòu)的液膜剛度可達(dá)三角形織構(gòu)的2倍。