离心泵是一种常用的能量交换设备,在能源、化工、航天、运输等领域得到了非常广泛地运用,离心泵的性能决定着整个工业生产系统的连续性、稳定性和安全性。为了满足压力平衡以及密封的需求,离心泵中大量存在着以密封口环、平衡鼓为代表的环流密封结构,此类密封结构对离心泵的输送效率以及运行的稳定性具有重要的影响。本文以迷宫密封口环为研究对象,采用格子Boltzmann方法(LBM)计算液相工况下迷宫密封内流场,利用欧拉-欧拉双流体模型对固液两相流工况下迷宫密封的密封性能以及等效动力学特性进行了研究,通过搭建密封-转子试验装置,测量了迷宫密封内转子的轴心轨迹,具体分析内容包括:(1)采用LBM求解液相工况下迷宫密封流场,构建了基于D2Q9粒子速度离散模型与LES-Smagorinsky模型的高精度迷宫密封密封性能计算方法,并基于该方法完成了数值模拟程序的编写。通过LBM以及有限体积法CFD对流场的模拟得到了迷宫密封密封介质的流动特征,密封槽内流场由中心位置的大涡以及两侧槽底的小涡构成。将两种模拟方法的计算结果与试验结果对比,发现LBM具有更好的计算精度。(2)采用欧拉-欧拉双流体模型对固液两相工况下迷宫密封的密封性能以及等效动力学特性进行研究,通过对数值模拟结果的处理分析了进出口压力差、转速、颗粒体积分数以及涡动方向对迷宫密封的密封性能以及等效动力学特性的影响,发现:密封介质的周向流动是不均匀的,流动速度与间隙尺寸呈负相关关系,在轴向方向上则出现周期性变化。进口压力以及颗粒体积分数的增加虽然导致泄漏量增加但能起到提高转子系统稳定性的作用。转子转速增加时迷宫密封的泄漏量会减小,且在负向涡动时泄漏量的减小程度更大。而转子转速增加也会造成转子系统的不稳定系数增加,不利于转子系统的稳定性。负向涡动时的不稳定系数比正向涡动时大了一个量级,表明负向涡动会对转子的稳定运行造成损害。(3)通过搭建密封-转子试验装置,对迷宫密封转子的轴心轨迹进行测量,并将试验结果与转子振动响应计算程序的模拟结果进行对比,验证了固液两相流工况下迷宫密封数值模拟方法的有效性。分析试验结果发现:转子轴心轨迹的变化是转子质量不平衡以及密封介质对转子的作用力等多种因素耦合作用的结果,增加进口压力能够抑制转子振动。而转速的增加则具有两面性,一方面会提高密封介质对转子的作用力抑制转子振动,另一方面则会放大质量不平衡的作用效果从而增强转子的振动。