低温流体空化特性的数值计算研究

采用数值计算的方法研究了液氮和液氢的空化流动特性。为了考虑温度影响,控制方程采用了连续方程、动量方程及能量方程,并应用二次开发方法在商业软件中引入Merkle 空化模型及物质属性,物性参数随流场温度变化而不断更新。分别对液氮和液氢几个工况进行了计算,并与实验结果进行了对比。结果发现,在液氮和液氢中,当流体温度接近临界点时,热力学效应表现显著。热力学效应显著主要表现在空穴变短、水蒸汽含量减少和汽液界面变的模糊。由于密度比、饱和蒸汽压随温度变化梯度等物质属性的不同,相对液氮,液氢的热力学效应更加明显。     

变螺距诱导轮对液氢泵空化性能的影响

以液氢泵内的空化流动为研究对象,构建了液氢泵内流动的数值模型。采用考虑热力学修正后的ZGB空化模型和标准湍流模型,对变螺距诱导轮对液氢泵空化性能的影响进行了数值模拟,获得了有无诱导轮对泵内叶片载荷、流道内温度分布规律以及空化现象的影响规律。结果表明:采用诱导轮提升了进入叶轮前的流体静压,降低液氢泵的临界空化数,拓展了泵的稳定工作范围。研究结果为优化液氢泵用诱导轮几何结构,提高液氢泵的抗空化性能提供了参考。     

弱可压缩性对液氢输送泵性能影响的数值研究北大核心CSCD

为考虑液氢的弱可压缩性,基于真实流体物性的PR方程,通过CFD仿真对高速液氢离心泵不同转速下空化断裂前的工况进行了数值模拟,对比分析了不可压缩流动和弱可压缩流动两种流动状态下的未空化高速离心液氢输送泵内流场分布、液氢泵扬程和效率等性能。研究结果表明,液氢工质的弱可压缩性不可忽略,将对泵内流场分布和能量耗散有显著影响,最终使泵的效率和扬程的降低。     

高速精密磨床主轴动静压轴承动静态特性分析

动静压轴承不仅具有静压轴承在启停阶段低磨损的优点,而且兼具动压轴承在高速阶段动压承载特性会使其得在高速精密磨床主轴系统领域越来越广泛的应用。本文基于动静压轴承的润滑条件,联合雷诺方程和连续性方程,对其基本性能参数进行分析,建立了动静压轴承润滑理论模型,同时考虑温度对润滑油粘度的影响,结合能量方程,建立了新的动静压润滑理论分析模型。并针对上海机床厂MK84125机床的动静压轴承进行了基本性能计算。     

径向动压浮环轴承-转子系统多稳定区域研究

以径向动压浮环轴承为研究对象,针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则给出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统稳定性判据。用有限差分计算某高速径向动压浮环轴承刚度、阻尼系数,获得不同工况下系统稳定性曲线。结果表明,小偏心率下系统升速过程中呈现多个稳定区域,且随偏心率、内外膜半径间隙变化而变化。油膜温度变化亦会影响系统稳定性。为高速浮环轴承稳定性整体建模、分析提供借鉴。     

玻璃布PTFE复合保持架在高速液氢轴承中的应用

某型号液氢轴承工况大幅提高后,芳纶纤维弥散增强聚四氟乙烯(Poly Tetra Fluor Ethylene,PTFE)复合材料保持架多次断裂甚至碎裂。极高的工作转速迫使轴承必须研制低温力学性能更强的复合材料来制备保持架,经过大量理论调研和工艺摸索,最终制备出先进的玻璃纤维布层压PTFE复合材料保持架,兼顾了玻璃布的高强度和PTFE的强润滑性,真实工况的液氢试验考核累计超过9小时,国内首次实现了在高速液氢轴承中的成功应用。     

弹性箔片动压气体轴承在高速透平机械中的应用

本文对高速透平机械中箔片动压气体轴承的应用概况进行了较全面的综述 ,指出了箔片动压轴承的发展趋势 ,并对一些新型箔片动压轴承的研究进展进行了介绍。     

配合条件对自润滑关节轴承承载能力影响的研究

采用简化干涉模型,对内圈和衬垫间不同配合条件下的自润滑关节轴承承载能力进行推导.分析了各轴径载荷比下,间隙配合与过盈配合对自润滑关节轴承承受复合载荷时的接触区域和最大接触应力的影响.结果表明,各种轴径载荷比、配合条件下,轴承承载能力均遵从共同的规律:同轴径载荷比的一般情况下,相比于零间隙,承载能力均随着间隙值或过盈值的增大而减少.但是在整个过盈区间内,轴承的承载能力呈现先随过盈量的增大而增大,并达到峰值,然后下降的趋势.结果显示适当的过盈量和尽可能小的轴径载荷比可以提高自润滑关节轴承的承载能力.通过与ANSYS软件的有限元分析结果对比,验证了新模型下所获解的精度.     

气体动压径向轴承超薄气膜润滑动特性分析

在微纳米尺度下工作的气体薄膜润滑轴承,气膜厚度与气体分子平均自由程较为接近,气体稀薄效应是影响轴承动态特性的关键因素。通过MATLAB的偏微分方程工具箱求解超薄气膜润滑动态Reynolds方程得到动态刚度和阻尼系数,探讨了不同半径间隙,稀薄效应修正模型以及轴承参数对动特性系数的影响。结果表明,随轴承间隙减小,气体稀薄程度增加,气体径向轴承的动态刚度系数显著降低,动态阻尼系数有所增加。当半径间隙降低到纳米尺度时,动态性能受轴承参数的影响较小。     

高速重载工况下滑动轴承结构对性能的影响分析

本文针对高速重载工况下滑动轴承结构设计展开,计算对比圆柱轴承、椭圆轴承和三油叶轴承三种类型轴承的性能差异。通过改变预负荷系数的数值改变椭圆轴承的最小半径间隙,并选择相同半径间隙和预负荷系数的椭圆轴承以及等效半径间隙的圆柱轴承作为类比对象,计算对比分析三者的静态和动态特性表现。结果表明滑动结构类型和结构参数都对轴承性能表现有重要影响。     

基于离心力和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学特性研究

研究“主轴-轴承”系统在高转速场中受离心力和陀螺力矩影响的动力学特性对于提高主轴系统运行稳定性有重要的作用。在扩展Harris滚动轴承非线性分析模型、建立滚动轴承耦合刚度矩阵的基础上,建立了一种综合考虑主轴离心力效应和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学数字模型,并借助锤击模态实验验证了其准确性;分析论述了主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应及滚动轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统在高转速场中的动力学特性的影响规律。通过模型分析计算表明：当轴承处于超轻预紧（EL）工况时,主轴的高速效应比轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统动力学特性的影响更大,尤以主轴陀螺力矩效应的影响最为突出。     

水下航行器空化噪声偏度和峰度分析

空化是水下高速航行器在进行总体设计时需要考虑的重要因素。对空化产生的噪声特性进行研究有助于水下航行器航行性能和目标检测能力的提高。文章首先介绍了空化噪声的形成机理和数学模型,然后基于实测数据对空化噪声相应的统计特性进行了分析,计算了典型的单个声脉冲形式的空化噪声的概率分布、偏度和峰度,对比分析了无空化发生与空化发展比较充分条件下实测空化噪声的偏度和峰度特性。结果表明,在空化充分发展时水下航行器空化噪声具有明显的非高斯特性,其偏度和峰度值明显大于理想高斯噪声或者实际的海洋环境噪声。有利于提高空化条件下水下航行器对目标辐射噪声检测的准确性以及检测系统的环境适应能力。     

基于自润滑C(Cr,N)镀层钢球轴承的速度性能研究

应用非平衡磁控溅射离子镀技术在6204轴承钢球表面制备出自润滑C(Cr,N)镀层。运用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对镀层的微观结构进行了观察分析;测试了镀层的结合强度、硬度、韧性及摩擦特性;用高性能轴承试验台对镀层钢球轴承和无镀层轴承的速度性能及其自润滑性能进行了实验,并对其给予对比分析。研究结果表明,制备的C(Cr,N)镀层具有良好的微观结构和综合的机械性能;与无镀层轴承相比,镀层明显减小了轴承的振动,极大地提高了轴承的高速性能和自润滑性能。     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。     

液氢活塞泵的发展现状与关键技术分析

随着我国氢能产业中液氢民用相关国家标准的发布,国内氢液化、储存、运输和加注等液氢产业链条进入高速发展时期.在液氢储运和加注环节,液氢泵是提高能效、降低成本并适用于液氢产业市场化和大规模应用的关键核心设备.总结了液氢泵在液氢产业化发展中的优势,介绍了液氢泵的发展现状.对液氢活塞泵结构进行了分析,给出了液氢流量、液氢排出压...     

基于密度修正的滤波器模型在轴流泵叶顶区空化数值模拟中的应用与验证

为了准确揭示轴流泵叶轮叶顶区的流场结构和空化形态,选用某一模型轴流泵进行数值模拟和空化可视化试验研究。研究结果表明,基于密度修正的滤波器湍流模型(Density Correction Method Based Filter Based Method,DCMFBM)可准确预测汽蚀余量NPSH值,预测最大误差比SST k-ω模型小3%;在小流量工况下,叶顶泄漏流和泄漏涡在叶顶区充分发展,随着流量的增大,泄漏流向叶顶中后部发展,且泄漏涡与叶片吸力面的夹角减小,泄漏流对相邻叶片压力面的影响减小;叶顶区轴向速度先减小后增大,泄漏流进入间隙时在压力面拐角处发生流动分离,在叶顶端面附近卷吸形成角涡,在离开间隙区前泄漏流又会重新附着在叶顶端面上;湍动能呈现先增大后减小的趋势,且峰值随着弦长系数的减小而增大。通过空化性能曲线和叶顶泄漏涡的空穴形态对比分析,验证了DCMFBM湍流模型的适用性。从高速摄影结果可见,随着空化的发展,叶轮叶顶区泄漏流空化、射流剪切层空化以及泄漏涡空化共同构成三角形云状空化结构,且叶片尾缘存在空泡脱落,揭示了叶顶泄漏涡不稳定的空化特性。     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。     

关节轴承自润滑材料摩擦学性能及轴承寿命预测研究现状

自润滑关节轴承由于具有结构简单、承载能力强、适应温度范围广、在服役过程中无需添加润滑剂等特点,被广泛应用在航空航天、水利电力、军工机械等行业.与此同时,高端、精密、大型装备的发展对自润滑关节轴承的摩擦学性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求.自润滑关节轴承所使用的自润滑材料性能直接决定了轴承的寿命和性能水平,因此开展对自润滑材料性能的研究成为提高自润滑关节轴承质量和延长其寿命的关键.目前,自润滑衬垫材料大致分为三种,即金属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和PTFE纤维织物复合材料.自润滑衬垫材料的摩擦学性能、衬垫粘结前的处理方式、粘结方式、编织纹路等因素影响着自润滑关节轴承的使用性能.因此,国内外研究者们选择合适的纤维、纳米金属颗粒和PTFE进行复合,大幅改善了自润滑材料的摩擦学性能;同时对衬垫材料的编织结构、捻制方式以及与轴承的粘结方式进行优化研究.为进一步探究衬垫材料的磨损失效机理,国内外研究者通过轴承磨损试验和有限元仿真相结合的方法研究轴承服役过程中的磨损机理、磨损失效规律和静态接触等问题.研究发现,固体润滑转移膜的持续形成能力是自润滑衬垫材料润滑性能和耐磨性能的决定因素.自润滑关节轴承在服役过程中的磨损形式主要为黏着磨损、磨粒磨损,并伴随一定程度的疲劳磨损.为进行自润滑关节轴承的寿命预测和可靠性分析,国内外研究者们通过研制轴承寿命试验平台,以磨损量为反映关节轴承磨损寿命的主要物理量,建立了大量的磨损寿命分布函数,同时,推导出一系列考虑轴承自身结构特点、润滑方式和工况条件的寿命预测公式并进行可靠性分析.本文以自润滑关节轴承常用的PTFE纤维织物衬垫材料作为主要讨论对象,综述了衬垫材料的组分、编织结构、粘结性能对其摩擦磨损行为的影响;讨论了衬垫型自润滑关节轴承服役过程中的转移膜形成机理及摩擦磨损行为,以及自润滑关节轴承寿命研究方法及试验平台的研制情况;通过对现有自润滑关节轴承寿命评估和可靠性研究现状分析,指出国内建立自润滑关节轴承寿命评估相应标准和试验规范的迫切性,以及对自润滑关节轴承可靠性研究的必要性.     

柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。