在摩擦学背景下谈论静态密封的渗透似乎很奇怪。毕竟，它们是静态的：没有摩擦。然而，从摩擦学家的角度来看，关于通过静态密封件渗漏还有很多东西需要了解。他们的研究可以如图1所示完成。首先，密封件的两个粗糙表面彼此相对（在图像中，一个是平坦的，以便于可视化）。然后使用接触力学仿真来了解当这两个表面在一定载荷下相互挤压时的接触面积。在这种情况下，仅仅知道总接触面积是不够的，还需要它的分布。更重要的是，表面之间留下的间隙是已知的，因为流体将通过这个间隙渗透。在最后一步中，执行流动模拟以研究有多少流体通过间隙渗透。在这个阶段，我们可以意识到表面之间的间隙非常薄，因此我们可以使用雷诺方程（没有Couette项），与润滑相同。从这个角度来看，摩擦学家的兴趣是显而易见的，因为计算摩擦学中的两个主要子领域是：接触力学和润滑。 图1：密封件渗透研究步骤示意图 与其他摩擦学接触相比，静态密封件的研究看似简单：它没有运动、没有大规模的磨损等。然而，深入研究会发现并不简单。虽然粗糙度总是存在于任何摩擦学接触中，但在这里它起着主导作用：没有粗糙度，表面之间就会有完美的接触，因此不会渗漏。粗糙度非常复杂，即使简单地表征表面也是许多正在进行的研究的来源。 图 2：两名义平坦表面之间接触的示意图 粗糙度的第一个复杂性在于多尺度性质，它必须在广泛的尺度范围内加以考虑。在小的方面，停止渗透需要关闭所有可能的路径，即使是非常小的路径。对于气体尤其如此，其中需要关闭比微米小得多的通道以防止渗透。在更大的方面，发生在密封尺寸处的形式错误(通常约厘米)，也可以发挥作用。要了解原因，请考虑一个O形圈密封件，它不是完全圆形的，具有一点椭圆形。当这样的密封件被压入接触时，它将在高接触压力下（与椭圆的长轴重合）和两个接触压力小的区域（与椭圆的短轴重合）产生两个区域。显然，高接触压力有利于密封，但是，当涉及到渗透时，最薄弱的一点是最容易渗漏的。事实上，如果在低压区域发生巨大渗漏，我们几乎没有使用高压区域。因此，需要先进的多尺度方法来研究密封触点中的渗流透[1，2]。 图3: 静态 O型密封 粗糙度的复杂性也由于其他原因。例如，它是随机的。即使我们可以将密封件的整个表面测量到纳米级精度，并在我们的计算中使用它（实际不能），结果也只有针对该特定密封件才准确。在我们测量的密封件上产生的密封，即使非常相似，也会具有不同的粗糙度，因此其行为可能完全不同。这种随机性存在于所有摩擦学应用中，但在静态密封中尤其重要。事实上，单个位置不佳的微划痕可能会名使高压流体与环境连接起来形成一个容易的通道，从而导致渗漏，以至破坏原本完美的表面。但是，如果将相同的微划痕旋转90度，使其不再将高压流体与环境连接起来，则不会对密封性能产生显着影响。了解制造过程如何引入这些不同的特征以及它们如何/何时影响流量将大大提高此类密封件的可靠性。虽然随机算法（参见，例如[2]）在这项工作中可以有所帮助，但它仍然是一项有待完成的工作。 图 4：金属对金属密封件是连接管段的常用选择 此外，粗糙度也是一个变化的特征，即它在时间上不是恒定的。安装密封件的简单操作会在粗糙尖端引起高压，从而导致塑性变形。这可能以极小的规模发生，这种变化需要对前后进行准确测量和先进的比较算法来注意它的变化类型。然而，它可能很重要。例如，在[3]中，表明这种类型的轻度塑性变形可用于增强密封件的坚固性。从简化的角度来看，该机制是直观的。塑性变形使表面更紧密地结合在一起，从而减少渗透。重要的是，当压在表面上的载荷减轻时，部分变形不会恢复。因此，可以减少这种载荷，而不必增加表面和渗漏之间的分离。 [1] Lorenz B, Persson BNJL. Leak rate of seals: Comparison of theory with experiment. EPL . 2009;86(4):44006. DOI: 10.1209/0295-5075/86/44006 [2] Pérez-Ràfols F, Larsson R, Lundstrom S, Wall P, Almqvist A. A stochastic two-scale model for pressure-driven flow between rough surfaces. Proc R Soc A Math Phys Eng Sci. 2016;472(2190):20160069. DOI: 10.1098/rspa.2016.0069 [3] Pérez-Ràfols F, Larsson R, van Riet EJ, Almqvist A. On the flow through plastically deformed surfaces under unloading: A spectral approach. Proc Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci. 2018;232(5). DOI: 10.1177/0954406217690180