超临界二氧化碳闭式布雷顿循环系统具有循环效率高、结构紧凑，系统布置简单等优点，被认为是目前最具应用前景的新型能量转换系统之一。压缩机和透平等叶轮机械作为循环系统中的核心部件，其运行性能直接影响系统循环效率。环形动密封是叶轮机械的重要组成部分，可有效控制动静间隙内高压工质的泄漏流动。研究发现，叶轮机械常用迷宫密封（LABY）内存在明显非定常气动激振现象，对叶轮机械的稳定运行有着显著影响。袋式阻尼密封（FPDS）虽然能有效增强转子系统稳定性，但其封严能力在高压比、高转速等苛刻运行工况下显著降低。此外，二氧化碳工质在拟临界区内的热物性存在非线性剧烈变化难以准确预测，为密封泄漏速率预测及结构设计带来更多挑战。

       针对上述问题，西安交通大学白博峰教授团队在超临界流体先进动密封技术领域开展了攻关研究，团队开发了适用于超临界流体旋转机械的高精度数值仿真平台，揭示了超临界二氧化碳扇型阻尼密封（SDS）泄漏机理。研究表明，密封腔内工质充分膨胀改变涡旋结构空间分布并增强湍动能耗散行为，相比传统迷宫密封和袋式阻尼密封，扇型阻尼密封可降低泄漏速率超过50%。该研究工作可为高效紧凑型超临界叶轮机械的动密封设计提供理论基础和关键技术支撑。

图1 超临界流体离心式压缩机扇型阻尼密封（SDS）

图2 扇型阻尼密封内超临界流体涡旋结构空间变化

图3 扇型阻尼密封内超临界流体湍动能耗散空间分布

       相关成果以“Leakage reduction mechanism of supercritical CO₂ scallop damper seal: Vortex structure and turbulence dissipation”为题，发表于Physics of Fluids期刊，该研究被主编遴选为Featured Article。本文第一作者为博士研究生张恩搏，通讯作者为白博峰教授。

       先进能源动力多相流团队依托动力工程多相流国家重点实验室，聚焦能源动力科技前沿与国家重大需求，以先进能源动力系统中的多相流动传热基础理论与核心关键技术为主攻方向，形成了多相流动传热基础理论、动力工程多相流、热能工程多相流、石油工程多相流四大研究方向。近五年主持承担了国家自然基金委基础科学中心PI项目、国家重点研发计划等重大项目。团队包括教授4人、副教授2人、助理教授2人、博士及硕士研究生80余人。团队获国家自然科学及技术发明二等奖共2项，国家教学成果一等奖1项，省部级科技一等奖4项。

       团队负责人白博峰，二级教授、博导、领军学者，动力工程多相流国家重点实验室副主任。2014年获国家杰出青年科学基金项目，2017年获国家科技创新领军人才称号。现任中国工程热物理学会理事及多相流分会秘书长，中国锅炉压力容器标准委员会换热设备分委会副主任委员。担任Physics of Fluids顾问委员会专家，英国机械工程师协会会刊JMES及测量领域的Measurement、Measurement: Sensors等副主编，Case Studies in Thermal Engineering、Interfacial phenomena and Heat Transfer、计算物理等编委。发表JFM、POF、Energy、AIAA J、科学通报等中英文期刊论文350余篇，参编国家/团体标准17部及行业手册4部，授权发明专利40余项，获国家技术发明二等奖1项，省部级科学技术奖一等奖4项，其他省部级奖励4项。创办热流体动力学国际学术会议（Intl Symp. Thermal-Fluid Dynamics），担任国际学术会议大会主席6次，在International Multiphase Flow Technology Forum等国内外学术会议/论坛做邀请报告10余次。

       标题：Leakage reduction mechanism of supercritical CO₂ scallop damper seal: Vortex structure and turbulence dissipation (Featured Article)

       作者：Zhang Enbo (张恩搏) ; Toshinori Watanabe; Takehiro Himeno; Bai Bofeng (白博峰)

       原文链接:https://doi.org/10.1063/5.0150926