秦亥琦，陸道綱，王嘉瑞，王 雨，鐘達(dá)文，宋 怡

(1.華北電力大學(xué) 核科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102206； 2.華北電力大學(xué) 非能動核能安全技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102206)

迷宮密封結(jié)構(gòu)作為典型的非接觸式密封，廣泛應(yīng)用于汽輪機、壓縮機等流體機械中，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、無直接接觸等優(yōu)點，適用于高溫、高壓、高流速等復(fù)雜應(yīng)用場景[1]。鈉冷快堆因其在提高鈾資源利用率方面的獨特優(yōu)勢，成為世界第4代先進核電技術(shù)的重要選擇，代表了未來核能發(fā)展的前進方向，快堆結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱工流體力學(xué)特性等也成為國內(nèi)外研究的前沿問題[2]。將迷宮密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念應(yīng)用于快堆燃料組件入口段結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過與管腳開孔的相互配合及適宜的結(jié)構(gòu)尺寸，實現(xiàn)對漏流量的合理控制，在實現(xiàn)內(nèi)部燃料棒有效冷卻的同時兼顧燃料組件外壁面的冷卻，最終可保證快堆的安全性與經(jīng)濟性。

在實際工程應(yīng)用中，迷宮密封結(jié)構(gòu)多樣、性能各異，國內(nèi)外學(xué)者開展了很多相關(guān)研究。Stoff[3]針對不可壓縮流體在矩形齒迷宮密封內(nèi)的流場分布進行了數(shù)值模擬；Rhode等[4]利用有限差分法對可壓縮流體在矩形齒迷宮密封內(nèi)的漏流量進行了數(shù)值模擬。在國內(nèi)，肖芳等[1]以壓縮機迷宮密封為研究對象，利用FLUENT軟件模擬了氣體在矩形齒迷宮密封內(nèi)的流動情況，并研究了間隙、空腔深度對密封泄漏量的影響；巴鵬等[5]進行了矩形齒迷宮密封的二維非結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬，研究了在該場景下間隙、空腔深度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響；巴鵬等[6]以五環(huán)矩形齒迷宮密封為研究對象，通過三維數(shù)值模擬，重點研究了間隙對密封性能的影響，認(rèn)為周向湍流對迷宮密封效果影響顯著，且隨間隙的增加，節(jié)流效應(yīng)降低；李志剛等[7]針對葉輪旋轉(zhuǎn)機械中的典型迷宮密封通過數(shù)值模擬研究了轉(zhuǎn)速、壓比、密封間隙等環(huán)境參數(shù)對密封性能的影響；丁學(xué)俊等[8]針對不可壓縮流體，研究了間隙、齒厚、齒形等結(jié)構(gòu)參數(shù)對迷宮密封性能的影響。

目前國內(nèi)外關(guān)于迷宮密封的研究較為單一，多集中于氣體工質(zhì)、旋轉(zhuǎn)機械的應(yīng)用場景下迷宮密封性能的研究，此外密封結(jié)構(gòu)形狀主要以矩形齒居多，且齒數(shù)低于5個。本文采用三維數(shù)值模擬方法研究不可壓縮的液態(tài)金屬在鈉冷快堆燃料組件迷宮密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動特性，為快堆燃料組件相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計及后續(xù)驗證實驗提供參考，也為相關(guān)非旋轉(zhuǎn)機械迷宮密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

1 快堆燃料組件迷宮密封結(jié)構(gòu)

迷宮密封結(jié)構(gòu)位于燃料組件冷卻劑入口上部，大部分冷卻劑通過管腳開孔進入組件內(nèi)部冷卻燃料棒，少部分冷卻劑通過密封結(jié)構(gòu)沿組件外壁面形成漏流，構(gòu)成旁路流量的一部分?？於讶剂辖M件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

迷宮密封結(jié)構(gòu)總高96 mm，沿冷卻劑流動方向共設(shè)置11組環(huán)形直角梯形狀阻流結(jié)構(gòu)。密封結(jié)構(gòu)與外部燃料組件管腳套筒間隙為1 mm，該狹小空間構(gòu)成漏流流動通道，漏流自下而上通過迷宮密封結(jié)構(gòu)。圖2示出迷宮密封結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。

圖2 迷宮密封結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖Fig.2 Parameter schematic of labyrinth-seal structure

2 計算模型及邊界條件

2.1 物性參數(shù)

迷宮密封結(jié)構(gòu)位于快堆燃料組件進口段，為充分模擬實際工作情況，計算過程中選擇較為接近的360 ℃作為計算溫度，在進行雷諾數(shù)計算時亦選擇該溫度對應(yīng)的各類物性參數(shù)，計算介質(zhì)選擇實際工質(zhì)金屬鈉，通過如下公式計算得到工質(zhì)物性參數(shù)[9]。

液態(tài)金屬鈉的密度ρ為：

ρ=972.5-20.11×10-2t-1.5×10-4t2

(1)

式中，t為攝氏溫度。

動力黏度η為：

η=0.123 5×10-4ρ1/3e0.697ρ/T

(2)

式中，T為開氏溫度。

由此得到360 ℃對應(yīng)的鈉密度為865.71 kg/m3，動力黏度為3.02×10-4Pa·s。

快堆燃料組件多采用奧氏體不銹鋼制造，該種材料在溫度升高時易發(fā)生膨脹，屬于高膨脹合金，在計算過程中為盡可能與實際情況接近，故須考慮溫度對于材料膨脹的影響，查閱《常用金屬材料熱膨脹系數(shù)表》得到360 ℃時對應(yīng)的平均熱膨脹系數(shù)約為17.33×10-6℃-1，并基于該膨脹系數(shù)折算雷諾數(shù)水力直徑。

2.2 湍流模型

流體流動模型由流體對應(yīng)的雷諾數(shù)直接決定，利用雷諾數(shù)判斷本文模擬工況對應(yīng)的流動狀況。雷諾數(shù)是表示黏性流體流動過程中流體所受慣性力與黏性力之比的無量綱數(shù)[10]，其計算公式為：

Re=ρvd/η

(3)

式中：v為流速；d為水力直徑。

采用物性參數(shù)計算得到本文模擬工況對應(yīng)的雷諾數(shù)遠(yuǎn)超10 000，屬于高雷諾數(shù)旺盛湍流，故湍流模型選用適用于高雷諾數(shù)流動的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。

2.3 邊界條件

本文使用計算流體動力學(xué)軟件CFX，其中k-ε湍流模型默認(rèn)采用scalable壁面函數(shù)，該壁面函數(shù)利用經(jīng)驗公式求解近壁面黏性子層及過渡層相關(guān)物理量[11]，由于本文模擬工況處于高雷諾數(shù)范圍，近壁面處慣性力作用幾乎可忽略，因此k-ε湍流模型配合scalable壁面函數(shù)符合計算場景。

在保證網(wǎng)格質(zhì)量的前提下，采用網(wǎng)格一體化設(shè)置，自動生成四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。為盡可能提高網(wǎng)格質(zhì)量，使得流動過渡穩(wěn)定，在內(nèi)、外近壁面處各設(shè)置5層邊界層；迷宮密封結(jié)構(gòu)縱向長度十分有限，忽略重力影響；快堆燃料組件均采用不銹鋼材質(zhì)進行精加工，由壁面粗糙度所引起的附加切應(yīng)力極小，故不考慮內(nèi)、外壁面粗糙度的影響。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 無關(guān)性分析

設(shè)計窄間距(0.82 mm)、中等間距(2.02 mm)、寬間距(3.22 mm)3種不同間距迷宮密封結(jié)構(gòu)，除間距外其他結(jié)構(gòu)尺寸均保持一致，如圖3所示。

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖3 不同間距迷宮密封結(jié)構(gòu)Fig.3 Labyrinth-seal structure with different spacing

圖4 網(wǎng)格無關(guān)性分析Fig.4 Analysis of mesh sensibility

針對3種不同間距迷宮密封結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格無關(guān)性分析，邊界層網(wǎng)格參數(shù)保持一致，通過調(diào)整全局網(wǎng)格參數(shù)各得到6種不同規(guī)模的網(wǎng)格，在相同的輸入流量下，分析其進出口壓降隨網(wǎng)格數(shù)量的變化趨勢。上述網(wǎng)格質(zhì)量均高于0.3，滿足計算精度要求。圖4示出網(wǎng)格無關(guān)性分析。計算結(jié)果顯示，3種不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)在網(wǎng)格數(shù)量超過380萬時，其變化幅度趨于平穩(wěn)，其中中等間距迷宮密封結(jié)構(gòu)在不同網(wǎng)格數(shù)量下進出口壓降相對偏差最大，達(dá)到5.9%，其余兩種相對偏差均不超過3.2%，說明進出口壓降基本不隨網(wǎng)格數(shù)量的變化而變化。以380萬左右網(wǎng)格作為基準(zhǔn)值，計算了壓降的相對偏差，結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，3種不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)在網(wǎng)格數(shù)量超過380萬時，進出口壓降相對偏差最大不超過6%，認(rèn)為網(wǎng)格數(shù)量對于計算結(jié)果影響不大。結(jié)合計算精度與收斂速度，本文選擇380萬左右網(wǎng)格作為工作網(wǎng)格。

圖5 壓降的相對偏差Fig.5 Relative deviation of pressure drop

3.2 計算結(jié)果及分析

本工作的目的在于研究間距對迷宮密封結(jié)構(gòu)性能的影響，首先通過計算確定在達(dá)到預(yù)定降壓效果時即密封結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓降為0.4 MPa時對應(yīng)的漏流量，進而比較漏流量的相對大小定性研究間距對密封性能及工質(zhì)流動特性的影響，故利用逼近法進行多次計算最終得到滿足預(yù)定壓降要求的入口流量，結(jié)果列于表1。

由表1可知，在不同間距下，迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能與工質(zhì)流動特性均呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢。實現(xiàn)相同的降壓效果即密封結(jié)構(gòu)兩側(cè)達(dá)到相同壓降時，寬間距迷宮密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)漏流量最小，中等間距次之，窄間距漏流量最大，因此相較而言，寬間距迷宮密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)密封性能強于另外兩種，且密封性能提高十分明顯，相較于窄間距，寬間距漏流量減少超過12%。同時間距對工質(zhì)流動特性亦產(chǎn)生明顯影響，寬間距迷宮密封結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)最小漏流量的同時流域內(nèi)最大流速明顯小于另外兩種，降幅接近10%，對于緩解狹小空間內(nèi)漏流對快堆燃料組件外壁面的沖擊以及由此產(chǎn)生的流致振動具有較好的改善效果。

表1 不同間距迷宮密封結(jié)構(gòu)漏流量計算結(jié)果Table 1 Calculation result of labyrinth-seal structurewith different spacing

綜上，間距對迷宮密封結(jié)構(gòu)密封性能與工質(zhì)流動特性均會產(chǎn)生顯著影響，且呈現(xiàn)出規(guī)律性變化趨勢，寬間距可在最小的漏流量下實現(xiàn)相同的降壓效果，同時流域內(nèi)流速峰值最小，即擴大間距可有效提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能，同時對于流速控制亦產(chǎn)生積極影響。工程實踐中在空間尺寸允許的條件下可通過擴大間距提高迷宮密封結(jié)構(gòu)密封性能、降低流動沖擊、緩解結(jié)構(gòu)振動。此外，若迷宮密封阻流結(jié)構(gòu)環(huán)數(shù)過多，還可采用減少環(huán)數(shù)、擴大間距的方法實現(xiàn)相同的密封效果，進而降低加工難度、節(jié)省空間。

3.3 壓力場分布

3種不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)內(nèi)、外壁面壓力分布如圖6、7所示?？傮w而言，工質(zhì)沿流動方向受到阻流結(jié)構(gòu)的層層阻擋，壓力逐步衰減，實現(xiàn)了降壓、密封的功能。但不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)的壓力分布存在較大差異，相較而言，寬間距壓力分布最為均勻，壓力梯度與變化速率也最小；中等間距次之；窄間距壓力變化最為集中，對結(jié)構(gòu)材料的強度提出更高要求。此外，工質(zhì)通過窄間距迷宮密封結(jié)構(gòu)后，在密封結(jié)構(gòu)后方形成較大面積的低壓分布區(qū)，該區(qū)域壓力較低，但高于寬間距在相似位置所產(chǎn)生的低壓，由此說明窄間距不僅造成較大的尺寸浪費，同時所實現(xiàn)的降壓效果與密封性能也明顯弱于寬間距。為更好地反映流域內(nèi)壓力的衰減情況，3種迷宮密封結(jié)構(gòu)縱剖面壓力分布示于圖8。

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖6 迷宮密封結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面壓力分布Fig.6 Pressure distribution on inner wall surface of labyrinth-seal structure

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖7 迷宮密封結(jié)構(gòu)外壁面壓力分布Fig.7 Pressure distribution on outer wall surface of labyrinth-seal structure

由圖8可知，在工質(zhì)流域進口壓力基本持平的情況下，寬間距迷宮密封結(jié)構(gòu)壓力分布最為均勻，通過阻流結(jié)構(gòu)后所達(dá)到的低壓小于其他間距密封結(jié)構(gòu)，由此說明擴大間距可有效提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能與降壓能力。

對不同間距迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能進行定性分析后，針對單環(huán)阻流結(jié)構(gòu)降壓能力進行定量研究。分別選取各環(huán)阻流結(jié)構(gòu)凸出部分中心位置橫截面處的平均壓力，得到該密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)的壓力衰減特征，結(jié)果列于表2。

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖8 縱剖面壓力分布Fig.8 Pressure distribution on axial longitudinal section

表2 迷宮密封結(jié)構(gòu)各環(huán)平均壓力Table 2 Average pressure of each ring of labyrinth-seal structure

由表2可見：間距越寬，對應(yīng)單環(huán)阻流結(jié)構(gòu)的降壓能力越強，寬間距單環(huán)壓降平均值相較于窄間距的提高了7%；窄間距11環(huán)阻流結(jié)構(gòu)對應(yīng)的總壓降為285 120 Pa，而寬間距11環(huán)阻流結(jié)構(gòu)對應(yīng)的總壓降為303 600 Pa，降壓能力提高6%。以上結(jié)果說明擴大間距可有效提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封能力。

3.4 速度場分布

3種迷宮密封結(jié)構(gòu)的縱剖面流場分布如圖9所示?？傮w而言，迷宮密封結(jié)構(gòu)對于工質(zhì)流動具有十分明顯的阻礙作用。由圖9可見：阻流結(jié)構(gòu)向內(nèi)凹進的環(huán)腔是實現(xiàn)阻流的主要部位；阻流結(jié)構(gòu)最凸出部分與外套筒之間的狹小位置處產(chǎn)生最大流速，這主要是流體擠壓作用所導(dǎo)致。比較不同間距所產(chǎn)生的影響，寬間距更有利于降低流速，在實現(xiàn)相同的降壓效果時不僅漏流量最小，同時其整個流域內(nèi)流速最大值也最小，因此擴大間距不僅有利于提高密封性能，同時對于控制流速、降低振動也有積極作用。但3種迷宮密封結(jié)構(gòu)在貼近阻流結(jié)構(gòu)環(huán)腔內(nèi)壁面附近處流速均較低，工質(zhì)流速越慢，對流散熱量越少，因此若流速過慢，將不利于燃料組件外壁面冷卻，進而造成近壁面處熱量堆積，對實現(xiàn)旁路流量冷卻燃料組件外壁面的預(yù)期功能產(chǎn)生消極影響，還有可能造成安全風(fēng)險。為進一步研究阻流結(jié)構(gòu)內(nèi)部近壁面處流動情況，3種迷宮密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)第8、9環(huán)處的流場分布如圖10所示。

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖9 縱剖面流場分布Fig.9 Flow field distribution on axial longitudinal section

a——寬間距；b——中等間距；c——窄間距圖10 縱剖面局部流場分布Fig.10 Partial flow field distribution on axial longitudinal section

由圖10可見，阻流結(jié)構(gòu)環(huán)腔內(nèi)近壁面處流場分布隨間距呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢。首先，隨間距的擴大，環(huán)腔內(nèi)流速接近于0的低速區(qū)面積逐漸減??；其次，間距越大，近壁面處流速越高，寬間距阻流結(jié)構(gòu)近壁面處流速遠(yuǎn)高于其他間距密封結(jié)構(gòu)，窄間距近壁面處流動情況最為惡劣；再次，窄間距阻流結(jié)構(gòu)環(huán)腔內(nèi)低速區(qū)集中于工質(zhì)流動方向靠上部位，隨間距的擴大，流速接近于0的低速區(qū)存在向工質(zhì)流動反方向移動的趨勢，近壁面處流動狀況與換熱能力得到相應(yīng)改善。由此可知，擴大間距不僅對于提高密封能力具有積極作用，同時還可有效改善阻流結(jié)構(gòu)內(nèi)部近壁面處流動狀況，提高近壁面處流速，強化換熱有助于實現(xiàn)對燃料組件外壁面的冷卻。

3.5 密封機理的初步探討

圖11示出迷宮密封結(jié)構(gòu)的速度矢量分布。由圖11可見，工質(zhì)進入阻流結(jié)構(gòu)環(huán)腔內(nèi)時，流通面積逐漸增大，流速降低，受摩擦力作用，在環(huán)腔內(nèi)部形成與工質(zhì)流動方向相反的主渦，主渦充滿環(huán)腔，在靠近來流方向阻流結(jié)構(gòu)出口處出現(xiàn)少量回流。在主渦內(nèi)，由外到內(nèi)流速減小，存在較大速度梯度，動能轉(zhuǎn)化為壓力能、熱能，能量耗散明顯。此外回流區(qū)內(nèi)，流體流動方向相反，與來流發(fā)生碰撞后，存在較大能量耗散形成速度接近于0的低速區(qū)，與低速區(qū)存在向工質(zhì)流動反方向移動趨勢的結(jié)論相吻合。隨間距的擴大，流動空間相應(yīng)增加，為主渦的旋轉(zhuǎn)發(fā)育提供了較為充足的空間，由圖11可知，a中主渦面積大、形狀完整、分布均勻，b中由于流動空間小于a，因此主渦旋轉(zhuǎn)過程中直接撞擊壁面，未能形成完整漩渦。因此擴大間距有利于主渦的發(fā)展，進而有利于提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封能力。

a——寬間距；b——窄間距圖11 速度矢量分布Fig.11 Velocity vector distribution

3.6 間距限值研究

擴大間距可有效提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能、有效控制流速，還可改善阻流結(jié)構(gòu)內(nèi)部近壁面處的流動狀況、強化換熱。但受鈉冷快堆內(nèi)部整體尺寸限制，并不能一味通過擴大間距提高密封性能，當(dāng)間距超過某一限值時，其對于密封性能的提高趨于平緩。通過比較在相同漏流量下不同間距密封結(jié)構(gòu)達(dá)到的壓降可衡量其密封性能，密封結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓降越大說明其降壓能力越強，對應(yīng)密封性能也越強。共設(shè)計8種不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)，除阻流結(jié)構(gòu)間距外其他尺寸均保持一致，在入口流量為2.9 kg/s時其密封性能列于表3。表3中以間距為0.82 mm的迷宮密封結(jié)構(gòu)對應(yīng)的壓降為參考值，計算密封性能提高比例。

表3 密封性能計算結(jié)果Table 3 Calculation result of sealing performance

由表3可知，當(dāng)迷宮密封結(jié)構(gòu)間距超過3.02 mm時，壓降變化趨于平緩，相對變化在2%以內(nèi)，說明當(dāng)間距超過限值3.02 mm時，擴大間距對提高密封性能已十分有限。因此，間距約為3.02 mm時迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能最佳，超過該限值后，幾乎已無法通過擴大間距繼續(xù)提高密封能力，在工程實際中需綜合考慮應(yīng)用場景尺寸、密封需求等因素合理選擇間距。

3.7 偏心影響研究

快堆燃料組件在堆內(nèi)通過壓緊構(gòu)件保證對中與穩(wěn)定，迷宮密封結(jié)構(gòu)直接加工在組件外壁上，因此不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，但由于安裝誤差或堆內(nèi)長期運行后，冷卻劑沖刷產(chǎn)生的振動導(dǎo)致燃料組件發(fā)生小范圍的位置偏移，進而導(dǎo)致迷宮密封結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，從而影響密封性能。本文引入無量綱偏心度表示偏心的程度：

X=Δd/a

(4)

式中：X為偏心度，X=0表示迷宮密封結(jié)構(gòu)完全對中，X=1表示迷宮密封結(jié)構(gòu)與外部燃料組件套筒發(fā)生直接接觸；Δd為偏心距，本文取為迷宮密封結(jié)構(gòu)與外部燃料組件管腳套筒同一橫截面處圓心間的距離；a為特征長度，即為迷宮密封結(jié)構(gòu)與外部燃料組件管腳套筒間隙的寬度，本文取為1 mm。

本文設(shè)定快堆處于正常工作情形下，迷宮密封結(jié)構(gòu)發(fā)生微小偏移且不與外部套筒直接接觸、無結(jié)構(gòu)損傷，故將X=0.8設(shè)定為偏心度上限。針對間距為3.02 mm的迷宮密封結(jié)構(gòu)，在相同漏流量下研究偏心度對密封性能的影響，結(jié)果如圖12所示。

由圖12可見，隨偏心度的增大，迷宮密封結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓降逐漸減小，流域內(nèi)最大流速明顯增加。相較于完全對中的情形(X=0)，偏心所導(dǎo)致的壓降最大降幅為8.51%、流域內(nèi)最大流速的最大增幅為336.66%。由此說明，偏心現(xiàn)象對迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能產(chǎn)生不利影響，同時流域內(nèi)最大流速的增加使得燃料組件振動加劇。圖13示出不同偏心度下迷宮密封結(jié)構(gòu)的流場分布。

由圖13可見，偏心現(xiàn)象導(dǎo)致迷宮密封結(jié)構(gòu)流域內(nèi)流速分布不均勻，進而導(dǎo)致壓力分布不均勻，且上述不均勻現(xiàn)象隨偏心度的增大有擴大的趨勢，由其所導(dǎo)致的有害振動也隨之加劇，在偏心度較高的情形下，局部應(yīng)力集中可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷。

圖12 偏心度對密封性能的影響Fig.12 Effect of eccentricity on sealing performance

a——X=10%；b——X=50%；c——X=80%圖13 不同偏心度下迷宮密封結(jié)構(gòu)的流場分布Fig.13 Flow field distribution of labyrinth-seal structure with different eccentricities

4 結(jié)論

通過對不同間距的迷宮密封結(jié)構(gòu)的漏流量計算、壓力及流場分布分析，比較研究了間距對密封性能、流動特性的影響，得到如下結(jié)論：

1) 迷宮密封結(jié)構(gòu)環(huán)腔內(nèi)的漩渦與回流所引起的能量耗散是壓力衰減的主要原因，擴大間距使得工質(zhì)流動空間增大，為主渦的旋轉(zhuǎn)發(fā)育提供了較為充足的空間，進而有利于提高迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封性能，還可提高阻流結(jié)構(gòu)內(nèi)部近壁面處流速，加強對流換熱，強化外壁面冷卻；

2) 當(dāng)間距超過某一限值時，密封能力的提高趨于平緩，因此對于迷宮密封結(jié)構(gòu)而言存在最佳間距，本文模型對應(yīng)的最佳間距為3.02 mm；

3) 由于安裝誤差或堆內(nèi)長期運行中冷卻劑沖刷產(chǎn)生的振動引起燃料組件發(fā)生小范圍位置偏移，該偏心現(xiàn)象導(dǎo)致迷宮密封結(jié)構(gòu)流域內(nèi)速度、壓力分布不均勻，且上述不均勻現(xiàn)象隨偏心度的增大有擴大的趨勢，不僅對密封性能產(chǎn)生不利影響，還使得燃料組件振動加劇，局部應(yīng)力集中甚至可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷。

本文實現(xiàn)了多間距、多齒數(shù)、直角梯形齒迷宮密封結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬，為工程實踐及快堆結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化改良提供了參考。