环面节流平面气浮轴承大间隙下流场数值模拟

利用三维粘性可压缩平均Navier-Stokes方程,采用SSTk-ω湍流模式,使用非结构化网格和二阶精度的有限体积法,对环面节流圆盘推力轴承大间隙下的流场进行了数值模拟并与层流模式数值结果、实验进行了对比,结果表明,SSTk-ω湍流模式数值模拟的压力分布与实测的压力分布符合程度比较高。马赫数和速度数值计算结果表明,流场内存在激波和激波边界层的相互干扰,导致壁面边界层流动出现了分离,压力出现激烈变化。     

静压气体轴承中的激波与边界层相互影响的研究进展

综述空气动力学理论中激波—边界层相互影响的一般特性以及静压气体轴承中的激波与边界层相互影响理论与试验研究。指出随着计算技术和微流体测试技术的发展,气膜内的压力分布、速度分布和马赫数分布,根据流场各段不同的流动特点,将可以采用合适的湍流模型进行计算机模拟,并采用相关试验得到验证。静压气体轴承中的激波—边界层相互影响将得到更深入的研究,必将促进对较高供气压力和较大气膜间隙条件下,静压气体轴承气膜入口、出口转角区和气膜内轴承特性的全面了解。     

一种有效的动压气体径向轴承承载力数值解法

考虑动压气体径向轴承中气膜压力变化小的特点,对润滑Reynolds方程的非线性项进行适当近似,得到线性Reynolds方程.利用有限差分法求解该近似Reynolds方程,得到动压气体径向轴承的压力分布,分析气体径向轴承性能,计算得出轴承承载力的大小,并与文献中的实验数据进行比较.与直接数值解相比,该数值解计算结果与实验数据吻合较好.     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明：2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。     

不同供气总压下高压圆盘气体轴承边界层对流换热系数的研究

传统的气体轴承供气压力小,气流速度低,气流温度变化小,气膜内的流场可看成恒温流动。而高压圆盘气体轴承中的气流速度可达超音速,气膜内边界层的温度梯度大,因此,需对气膜内的边界层对流换热问题进行研究。对轴承气膜内的流场进行数值模拟,结果表明:边界层厚度沿轴承半径方向增加,边界层在气膜内完全发展,主流区消失;边界层的作用致使气流速度下降;对速度边界层的特征进行分析,预测了气膜内边界层的转捩位置。计算了不同供气总压下的对流换热系数,并与Bartz公式的计算结果进行对比分析,验证了所采用的计算方法的可靠性和计算结果的准确性。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

平面静压气浮轴承的超声速流场特性

为研究轴承流场大间隙时激波的形态和激波与边界层的相互作用,建立供气孔和轴承间隙组成的完整气体轴承流场,采用层流和分段湍流模式计算大间隙下平面气浮轴承的流场特性,计算与试验测试结果基本吻合。计算结果较好模拟出轴承间隙内由激波/边界层干扰诱导的复杂流场的流场特性,再现不同间隙下流场中的激波结构和激波对流场的影响。从速度和压力的分析中可以看出,随着供气压力和气膜厚度的增加,进气孔转角处流速增大,产生局部回流,喉口过后可能出现超声速,在间隙相对较小时,粘性的影响大,超声速流通过压缩波时压力缓慢回升,速度降为亚声速;当间隙增大到一定程度,流场内形成斜激波和激波串,气流通过激波时压力突变。     

气浮推力轴承支撑平台平衡机制及静特性分析

为消除或者减弱重力的影响,提出一类气浮推力轴承支撑平台方案,包括供气系统、控制系统、推力轴承、支撑平台,该平台通过调整推力轴承与平台之间间隙的气膜厚度可消减重力效应。构建该类气体推力轴承支撑方案的气体动力润滑耦合模型,包括气体分布与流速模型、压力分布与流量模型、可压缩气体的雷诺方程和气体压力与载荷关系。数值求解上述耦合模型,获得气体黏度系数、速度、平台载荷与轴承性能参数之间的关系。结果表明:在典型工况条件下,动力黏度系数越大,最小气膜厚度、流量和功耗随之增大;最小气膜厚度、流量和功耗也随速度的增大而增加;平台载荷的增加会导致气膜厚度和流量的降低。     

高压下环面节流静压气体轴承适用的润滑方程探讨

采用纯黏性润滑方程和基于层流模式、SST k-ω湍流模式的N-S方程,对环面节流静压气体润滑推力轴承内的压力分布进行了研究,分析了随着气膜厚度的变化,轴承流场内压力的变化及其变化机理。实验证明,在轴承厚度很小时两种方程求得的压力值与实验结果一致,然而随着气膜厚度的增大,采用纯黏性润滑方程计算所得结果的偏差很大,而采用N-S方程计算所得结果与实验结果基本一致,但在逆压力梯度段存在偏差;SST k-ω 湍流模式能较好地处理湍流剪切应力在逆压梯度边界层内的输运和激波与边界层的相互作用,准确模拟出气膜入口附近复杂的流动状态。      

高压下环面节流静压气体轴承适用的润滑方程探讨

采用纯黏性润滑方程和基于层流模式、SST k-ω湍流模式的N-S方程,对环面节流静压气体润滑推力轴承内的压力分布进行了研究,分析了随着气膜厚度的变化,轴承流场内压力的变化及其变化机理.实验证明,在轴承厚度很小时两种方程求得的压力值与实验结果一致,然而随着气膜厚度的增大,采用纯黏性润滑方程计算所得结果的偏差很大,而采用N-S方程计算所得结果与实验结果基本一致,但在逆压力梯度段存在偏差;SST k-ω湍流模式能较好地处理湍流剪切应力在逆压梯度边界层内的输运和激波与边界层的相互作用,准确模拟出气膜入口附近复杂的流动状态.     

在液压工程中两平行圆板间径向层流的压力损失与流量的计算问题

引言两平行圆板径向层流流动,在液压工程中,有很多重要应用。分析和研究这种流动,很有工程实际意义。目前,对于这种流动的压力损失(压力降),一般是采用Navier——Stokes方程式的线性解来计算的,当间隙值很小时是允许的。但当间隙值比较大时,其误差相当大。因为这种流动的特     

圆盘止推静压气体轴承亚音速流场的简化计算

雷诺气体润滑方程仅涉及轴承气膜内的静压分布,对静压气体轴承流道特性的准确刻画还需要研究轴承流道内的气流速度场。将忽略惯性力的纯粘性等温气膜和等熵流动的供气孔拼接,建立了单供气孔环面节流圆盘止推轴承的流道简化模型,给出流道各部分气流马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式。结果表明,气膜中气流速度随矢径变化的性质,取决于速度梯度为零的矢径位置;气膜中的气流雷诺数随矢径的增加不断减小。实际的计算结果表明,只要气膜入口截面上的气流马赫数小于临界声速,整个轴承流道将工作在亚音速,供气压力或气膜高度的变化对气膜起始区域边界层发展段长度的影响很小,供气孔始末端截面上压力和温度的变化也很小,忽略惯性力的纯粘性等温雷诺模型基本能够适用轴承的整个亚音速工况。气膜起始区域边界层发展段的长度,可以用气膜中雷诺数大于临界雷诺数的区域长度来近似。     

气动元件等温流动近似流量公式的探讨

本文考虑了可压缩气体的特点,对伯努利方程作了修正,在此基础上推导出了可压缩气体等温流动下的近似流量公式。在近似情况下,所推导出的公式与常用的简易流量公式是一致的。本文在理论上证明了流量特性曲线在亚声速区近似一椭圆曲线。推导出了可压缩气体直接排入大气中的近似流量公式,它与雍塞流公式一致。本文还推导出了不可压缩气体近似流量公式,研究表明,在亚声速区,流量与压力比近于一个抛物线关系。     

基于CFX的气体静压轴承数值研究

利用流体动力学软件CFX对不同偏心率下的轴承间隙内部流体进行研究,得到了压力、速度分布图和偏心率对轴承流量及承载力的影响规律。分析结果表明,随着偏心率ε的增大,气膜上的压力分布不再对称,气膜区域速度峰值和速度差值越来越大,承载力呈非线性增大趋势,流量呈非线性减小趋势。研究结果为进一步改进固定孔节流气体静压径向轴承的设计提供了理论依据。     

圆管进口段层流一湍流边界层发展区的流动阻力

本文提供了一种计算模型,可以根据前文[1][13]所提供的圆管进口段边界层单纯层流和单纯湍流时的近似分析解作为基础,计算3×10{sup}3≤ReD≤1×10{sup}5时进口平滑的圆管进口段内边界层先层流、然后过渡为湍流的任何区段不可压缩流体的流动阻力和壁面摩擦阻力。计算的流动阻力为文献[6]所报导的实验原始资料所验证。     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

船舶艉管轴承润滑流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析。分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。在研究的10种轴承中,组合槽轴承没有出现负压区,空穴效应小,内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

水润滑船舶艉管轴承内部流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析.分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布.计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化;沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失;在1周向槽、4周向槽和组合槽3种轴承中,组合槽轴承内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性.     

部分锥度环状间隙短密封动力特性计算分析

根据Hirs湍流润滑理论提出了一种计算部分锥度环状间隙短密封压力场及动力特性系数的方法。密封中的周向流动和轴向流动均假设为湍流状态。对Hirs湍流润滑方程的求解采用摄动法 ,由相应的零阶近似方程可求得稳态周向速度分布 ,压力分布及密封泄漏量 ;对短密封作类似于计算短轴承的处理 ,使一阶近似方程得到适当简化 ,方程的解给出扰动压力的表达式 ,对其进行数值积分便可确定各个动力系数。针对计算中出现的锥度变化处未知量对轴向坐标导数不连续问题提出了相应的解决措施。计算结果与现有实验结果比较一致。通过实例计算分析了全锥度密封在不同磨损程度下动力特性系数的变化情况 ,并将部分锥度密封动力特性系数与平密封以及全锥度密封进行了分析比较     

轴向槽船舶艉管轴承内部流场数值仿真

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析,分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,20槽轴承和4圆柱槽轴承内部没有出现空穴区,可以降低由空穴效应带来的振动和噪声。轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。根据不同的船舶运行要求选择不同形式的艉管轴承,可以提高船舶轴系运行稳定性。