圆锥液体静压轴承的耦合热态分析及实验研究

针对圆锥液体静压轴承的热效应,分析其生热和传热的机制,指出圆锥液体静压轴承的热态性能属于耦合传热问题,必须综合考虑润滑油、轴瓦、转轴等零件的生热和传热情况。采用ANSYS CFX软件建立圆锥液体静压轴承耦合热态模型,获得轴承温度场的分布及变化规律,并搭建实验平台对模型进行验证。结果表明:热平衡时,圆锥液体静压轴承各处温度差别较大,随着转速的增大和进油压力的减小,轴承的温升增大;圆锥液体静压轴承热态性能仿真计算结果和实验结果吻合,证明采用圆锥液体静压轴承耦合热态模型能够较为准确地获得轴承的热态性能变化情况。     

圆锥液体静压轴承的温升特性分析

针对圆锥液体静压轴承油膜发热的问题,采用积分法推导了绝热条件下圆锥液体静压轴承的平均温升公式,并利用ANSYS CFX软件,对圆锥液体静压轴承的流场和温度场进行了仿真分析。公式计算结果和仿真计算结果吻合良好,通过仿真获得了锥形油膜各点的温度分布。结果表明,转速对油膜温升和温度场分布有一定影响,油膜两端的温升差异较大。对圆锥液体静压轴承的结构设计和工艺参数优化有一定的的参考意义。     

磨床用液体静压轴承径向承载特性分析

以磨床用液体静压轴承为例,利用计算流体动力学软件CFX,对动静压轴承的油膜进行稳态分析,得到油膜上的压力场分布,通过流固耦合技术把油膜压力添加到磨床主轴,对静压轴承进行结构静力分析,得到了轴承的径向承载力随偏心距的分布,通过换算求导得到油膜的刚度随着偏心率的分布。研究结果为静压轴承及磨床的转子动力学及静压轴承的优化提供理论依据。     

基于ANSYS的液体静压轴承流固耦合分析

以实验室研制的高效磨床用液体静压轴承为例,利用流体动力学软件CFX对静压轴承的油膜进行稳态分析,得到油膜上的压力场;通过Workbench流固耦合分析模块对受油膜压力作用的静压轴承进行结构静力学分析,得到轴承的径向承载力和径向动态特性。研究结果可对静压轴承和磨床的转子动力学分析以及轴承的进一步设计与优化提供理论依据。     

基于ANSYS 12.0的静压轴承双向流固耦合分析

静压轴承油膜承载能力的设计和轴承材料的选择对静压轴承的工作性能和使用寿命显得尤为重要。应用ANSYS 12.0软件Workbench,ANSYS Mechanical和CFX的流固耦合功能对某大型球磨机静压轴承进行双向流固耦合分析,校核静压轴承油膜的承载能力和轴承材料的结构强度。     

基于CFX的液体静压轴承关键参数优化

为研制某曲轴随动磨床砂轮主轴系统,首先要对液体静压轴承进行设计。为此利用计算流体动力学软件CFX对液体静压轴承内部流场进行数值模拟,从油腔深度、小孔节流器孔径、轴承间隙3个关键性参数进行优化研究,通过分析油膜压力分布,求解最优参数。结果表明:通过分析对比液体静压轴承内部流场的数值模拟结果可以看出,最佳的油腔深度、小孔节流器孔径、轴承间隙对轴承承载能力起着非常重要的作用,也为后续研制该磨床液体静压轴承和对该类型的液体静压轴承的流体动力学分析提供参考。     

非球面超精密机床静压轴承温度场的分布

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布。对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300kg负载、加500kg负载3种情况下主轴性能各参数。仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高。试验计算值与仿真值分别相差3.33%、8.33%、1.32%,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性。     

磁流变液静压轴承设计与仿真*

为了提高静压轴承的承载能力和回转精度,提出一种基于磁流变液（Magnetorheological Fluid,MRF）润滑的静压轴承。对磁流变液静压轴承进行结构设计,并对其承载力和油膜刚度进行了计算;通过Maxwell仿真分析不同轴承材料、不同电流对静压轴承性能的影响规律;采用CFX流体仿真分析不同间隙对静压轴承承载力的影响。通过仿真分析,选择磁感应强度最大的铸铁作为轴承材料,以适应更大的负载变化,选择半径间隙为20 μm以增大承载能力。通过ANSYS流固耦合仿真,验证设计的磁流变液静压轴承的优越性,相比普通静压轴承其承载力提高了11.6%,回转精度提高了17.4%。     

Temperature field distribution of non-spherical hydrostatic bearings for ultra-precision machine tools

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布.对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300 kg负载、加500 kg负载3种情况下主轴性能各参数.仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23 μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高.试验计算值与仿真值分别相差3.33％、8.33％、1.32％,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性.     

液体动静压轴承的温度场与热变形仿真分析

在基于有限体积法的流体仿真软件FLEUNT中,对层流状态下的液体动静压油膜-轴承这一流固耦合模型进行了数值仿真,得出了动静压轴承的温度分布情况;并进一步在有限元软件ANSYS中对轴承的热变形情况进行了分析计算。结果表明:轴承的最高温升及径向最大热变形随主轴转速和偏心率的增大而迅速增大,随环境温度的升高而减小;而供油压力对轴承热变形的影响不大。且轴承径向最大热变形值和轴承间隙在同一数量级,因此热变形在动静压轴承性能分析中不可忽略。     

流固耦合在涡轮叶片瞬态传热仿真中的应用

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进。     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

异形坯连铸离线动态二冷控制模型的研究与开发

针对异型坯连铸二次冷却过程,基于凝固传热理论建立其二维凝固传热模型,采用非等间距网格离散空间区域,采用显式有限差分算法离散传热方程。以铸坯温度为控制目标建立了PID反馈控制模型。应用Visual Basic 6.0程序设计语言,开发了连铸二冷区离线动态配水控制软件,在铸坯拉速、浇铸温度和钢种发生变化后,该配水控制软件能够对进入二冷区的铸坯信息实行全程跟踪、记录、显示并动态地分配二冷各区的水量,保持铸坯温度分布的稳定。该软件界面友好、通用性强,运行结果证明其控制效果良好,从而为异型坯二冷水量实时动态控制系统的开发奠定了基础。     

Conjugated heat transfer and temperature distributions in a gas turbine combustion liner under base-load operation

Prediction of temperature distributions on hot components is important in development of a gas turbine combustion liner. The present study investigated conjugated heat transfer to obtain temperature distributions in a combustion liner with six combustion nozzles. 3D-numerical simulations using FVM commercial codes, Fluent and CFX were performed to calculate combustion and heat transfer distributions. The temperature distributions in the combustor liner were calculated by conjugation of conduction and convection (heat transfer coefficients) obtained by combustion and cooling flow analysis. The wall temperature was the highest on the attachment points of the combustion gas from combustion nozzles, but the temperature gradient was high at the after shell section with low wall temperature.     

高压燃气涡轮叶栅热辐射特性研究

采用商用软件CFX11.0的不同湍流模型对NASA-Markll高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合换热计算,得出最佳湍流模型。针对不同涡轮叶栅前进口总温进行考虑和不考虑热辐射的数值计算,着重分析叶栅流道内热辐射效应随涡轮前入口温度的变化情况,得出在实际的高温高压气冷涡轮叶栅耦合换热计算时,辐射热流应当作为源项加入到方程中。这样能够更准确地得出叶片内部温度分布,为热应力计算以及寿命预估提供准确的边界条件。     

核电站低压安注泵轴-散热器-轴承系统的热平衡分析

为保证核泵轴承安全可靠地工作,泵转子与轴承之间的转轴上设置有散热器,以降低轴承的工作温度。采用局部热平衡计算方法,建立了核泵轴-散热器-轴承系统的热计算模型。采用VC语言编制了计算程序,对轴-散热器-轴承系统进行了热平衡计算,获得了温度沿转轴的分布,分析了散热器结构对轴承工作温度的影响。计算结果表明,在轴-散热器-轴承系统中,散热器对轴向传热量影响较大,但设置轴上的散热器对轴承工作区温度下降不显著。为更大程度地降低轴承工作温度、提高可靠性,还需要强化电机支架的换热能力,通过强制风冷来实现降温。     

球磨机静压轴承静态压力场及流场仿真分析

针对多油腔静压轴承压力油流动的复杂性,使用通用流体有限元软件CFX对油膜进行数值模拟,分析了静态下的油膜压力及流场对静压轴承承载能力的影响.结果显示,圆形主油腔使压力场及流场稳定、均衡;不同的进油速度影响到副油腔压力的大小;通过分析轴瓦出口边缘的流线稳定性,可验证油腔尺寸合适与否.     

基于仿生学的微通道耦合射流系统设计与研究

随着芯片热流密度的不断增长,散热问题日益严峻。文中以叶片脉络、斐波那契数列螺旋和雪花晶体结构为基础设计了3种由中心向四周拓扑的微通道耦合射流模型。通过仿真计算,分析了这3种仿生模型和典型肋柱模型的温度分布,并分析了这4种模型在不同雷诺数下的平均努塞尔数、在不同热流密度下的芯片温升和在不同泵功率下的综合性能。结果表明：3种仿生模型的散热性能都优于典型肋柱模型;在流量一致的情况下,斐波那契螺旋模型的换热性能最佳;在泵功率一致的情况下,分形脉络模型的综合性能最优。最后,设计了一种贯通式液冷VPX模块,并将微通道耦合射流系统应用其中。通过试验验证了仿真计算结果与试验结果的一致性,也进一步论证了仿生微通道耦合射流系统强大的散热性能。     

高速重载静压推力轴承润滑性能研究

以某高速重载数控5m立车的环形腔静压推力轴承为对象,对其润滑性能进行了研究,推导出静压承载力与油膜厚度的关系式。依据计算流体力学（CFD）理论,采用ANSYS ICEM CFD和ANSYS CFX软件对环形腔静压推力轴承内部流体压力场、温度场和速度场进行了仿真计算,通过改变油膜厚度实现对工作台承载变化的研究,得到了不同油膜厚度时压力场、温度场和速度场的变化规律,实现了高速重载静压推力轴承润滑性能预测。     

大功率潜水电机冷却系统分析方法与试验研究

为了研究大功率潜水电机的温度分布规律,以580 kW潜水电机为例进行分析。依据工作条件建立温度场计算模型,实现流固耦合自动传热并可模拟内外冷却介质的流动;以定转子铁耗定值、油摩损耗和铜耗变量作为热源施加方式,基于冷却系统参数影响关系得到温度场与流场间双向耦合关系,由此提出一种冷却系统分析方法;采用该方法研究冷却系统结构参数影响规律,并对比不同叶轮工作特性下冷却系统计算结果以得到最优叶轮参数。室内空载试验和海边负载试验结果表明：铁耗和温度的试验值与仿真值间相对误差在5%以内,所设计冷却系统在不同负载下可稳定运行。