声空化条件下传动液中空气析出与溶解过程的研究

传动液中空气的析出与溶解影响传动系统的控制精度。传动液起到传递动力的作用,本身会溶解少量空气,溶解的空气随着压力的变化产生溶解和析出过程,破坏了液流的连续性,造成传动性能的下降,甚至影响传动系统的使用寿命。为此,基于斜压流模型,引入气体析出与溶解的气泡模型,建立传动管内的气液两相流含气率模型,考虑空气质量分数和体积分数,得到空化流动相关方程式。采用特征线法和一维有限差分法求解,获得了气液两相流主要参数的变化,包括空气析出与溶解时间常数、压力和温度对含气率的影响,并研究了含气率对体积弹性模量的影响。结果表明：传动管内的传动介质压力越大,空化程度越少;空气析出速率越小,含气率越低。传动介质受压引起其温度的变化;在空化区域,温度变化较小。当传动管内压力高于空气分离压时,传动介质的压力和体积弹性模量随含气率增大而减小;当压力低于空气分离压时,发生空化现象,含气率增加较快,但对体积弹性模量影响较小。     

双圆弧槽液黏调速离合器摩擦副间流体空化效应分析

以摩擦片为双圆弧槽的液黏调速离合器为研究对象,运用Fluent流体分析软件对离合器一对摩擦副间的油液流体空化效应进行数值计算,分析了转速、油液黏度对油液空化区域的影响及空化前后油膜承载力的变化。结果表明,空化区域形状呈现为"竖直长条状",空穴产生分布最先出现在半径方向外侧,且沿半径增大方向更显著;减小转速及油液黏度可以有效减缓空化;油槽深度越大及油槽数目越多,油液含气率越小;确定油槽深度大于0.3 mm和油槽数目大于45为最佳;空化效应影响摩擦副的性能,减小了油膜承载力;随槽深增大、油槽数目减小,空化现象对油膜承载力的影响更为显著。     

斜直线槽液膜润滑端面密封流体动压特性

为进一步探索斜直线槽液膜密封性能变化规律,基于质量守恒空化边界及定义液膜密度比,建立斜直线槽液膜密封流体动压润滑模型,采用有限差分法离散控制方程并求解,对比分析液膜空化理论值与实验值,验证计算准确性,研究操作工况、物性参数和膜厚槽深比对斜直线槽液膜密封流体动压特性影响。结果表明：相比较小倾斜角,较大倾斜角的斜线槽密封有效提升液膜承载能力、增大泄漏量并降低液膜空化率;不同倾斜角时,提高转速或增大压差,均可提升液膜承载能力、增大泄漏量,但两者反向影响液膜空化率;增大介质黏度或减小膜厚槽深比,虽均可提升承载能力、促生液膜空化并降低泄漏量,但其影响规律不尽相同。     

空化效应对斜线槽机械密封性能的影响

润滑膜的空化效应对流体动压型机械密封的密封性能影响显著。以煤油基磁流体润滑斜线槽上游泵送机械密封为研究对象,考虑空化热效应以及黏温效应,建立润滑液膜特性的数值分析模型,以液膜中的气相体积分数为指标,研究工况和结构参数对密封性能的影响规律,并与仅考虑黏温效应的模型进行对比。结果表明：因空化热模型考虑液膜介质饱和蒸汽压力随温度变化,考虑空化热效应时的开启力、泄漏率和气相体积分数均小于仅考虑黏温效应下的对应值,但2种条件下各参数的变化趋势基本一致;转速和槽径比增大,空化效应增强,而进口压力、膜厚、径向夹角和槽数的增大会削弱空化效应;转速、槽深、径向夹角、槽径比增加,会导致泄漏率增加,而进口压力和槽数的增加能够提升密封性能。     

水润滑橡胶轴承双向热-流-固耦合润滑特性分析

以船用水润滑橡胶轴承为研究对象,基于有限元法和有限体积法,建立水润滑橡胶轴承双向热-流-固耦合模型,研究润滑介质温度和轴颈转速对橡胶衬层变形、水膜压力分布以及承载力的影响。研究结果表明:当进水温度升高时,水的黏度降低,水膜压力减小,橡胶衬层的变形量减小,承载能力降低;而转速增大时,流体动压效果明显,水膜压力增大,衬层变形量增大,承载能力提高;转速越低时,进水温度对承载的影响越小。     

工况参数对机械密封液膜汽化特性及性能的影响

为了研究动压型机械密封液膜汽化特性和密封性能,建立了涉及水的饱和温度与压力的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应的密封间隙液膜汽化计算模型,以螺旋槽机械密封为例分析了工况变化对液膜汽化特性及密封性能的影响规律。研究结果表明：介质温度升高时,存在平均气相体积分数突增的临界温度值,且随转速的增大临界温度值增大;介质压力和转速的增大对汽化有抑制作用,转速增大易使较高的汽化程度迅速降低且在某转速值处出现突变点,介质温度升高使得突变转速值增大;密封性能受工况变化的影响明显,特别是在汽化临界温度值、突变转速值处性能的变化速率迅速增大;液膜汽化首先发生在螺旋槽背风侧堰区,且随介质温度升高快速覆盖槽堰区并向坝区推进;随着转速的增大,润滑膜气相的周向分布更加均匀且高汽化区域会向外径侧移动。     

含气介质用机械密封端面两相流动特性*

气液混输条件下,密封腔内的含气率较高将会使得密封液膜中有气体进入,从而导致密封环出现“失稳”现象。为探讨含气介质对机械密封性能的影响,通过建立端面螺旋槽型液膜模型,基于Mixture多相流模型,对端面液膜中气液两相分布及机械密封密封性能进行研究。结果表明：液膜内气相体积分数随气泡直径的减小而增大;不同入口含气率下密封端面两相分布规律相近,含气率较高的位置出现在槽根半径处;随着含气率、转速、压差的升高,〖JP2〗槽根处的压力随之升高,从而影响密封性能;在相同含气率、转速及压差下,随膜厚的增加,泄漏量增大,开启力减小,且较小的膜厚对工况参数的改变更为敏感,槽深与膜厚的相关性较强,优化机械密封结构时需综合考虑两者的影响。     

端面粗糙度对螺旋浅槽机械密封液膜空化的影响

以螺旋浅槽上游泵送机械密封为研究对象,对端面粗糙度进行近似模拟,同时建立涉及表面粗糙度和液膜空化的间隙润滑膜流动计算模型,模拟分析端面不同部位粗糙度对密封液膜压力分布和空化的影响。研究表明：密封端面粗糙度会使液膜高压区压力提升、范围扩大,且粗糙度越大越明显,其中,动环非槽区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环槽区粗糙度影响最小;低转速(如1 000 r/min)时,无论端面粗糙与否,螺旋槽和粗糙微元均未导致液膜空化;较高转速时,位于较低膜压区的粗糙微元会导致液膜微观空化,动环槽区粗糙度对液膜宏观空化有一定的抑制作用且粗糙度越大抑制作用越明显,动环非槽区粗糙度导致膜压升高、空化区域收缩,静环端面粗糙度对液膜空化的影响相对较小;动、静环全端面粗糙时对空化的抑制作用比任何局部粗糙时强,且转速越高越明显。     

基于CFD方法的超声空化发生特性数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT对磁致伸缩超声振动仪中超声空化发生特性进行数值模拟.通过考察流场内的绝对压力、气含率以及流体速度的变化,分析了超声空化的发生特性,并分析了相关参数对模拟结果的影响.结果表明:试样振动时,试样中间区域为主要空化区域.边缘区域发生空化的概率很小,但该区域始终受到试样周边流体绕流的作用,会对试样的两个边缘产生"磨削"破坏.在次边缘区域,水蒸气泡在快速流动的过程中溃灭,因而会对试样表面造成辐射状"划痕".在影响参数中,密度和质量力的欠松弛因子的取值影响模拟结果的准确性;RNG k-ε模型对低压较敏感;非平衡壁面函数与增强壁面函数对贴近壁面处的流体压力变化更加敏感;在空化模型中,水的气化压力越高,流场内的高低压降幅越小,压力变化越稳定,而试样表面的气含率分布差异更大;不可压缩气体质量分数越大,试样表面压降幅度越小,试样表面的平均气含率越高.     

基于CFD的端面空化对液膜密封稳态特性影响研究

基于满足质量守恒的空化模型,利用CFD FLUNET软件建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,探讨螺旋槽结构参数对密封端面空化产生的影响规律,分析端面空化对密封端面间流体膜的开启力、液膜刚度、泵送率等的影响。结果表明:以液膜中气相体积分数变化为判据,空化效应随槽深和槽数的增加而增强,随槽径宽径比的增加呈现先增强后减弱的趋势,但随螺旋角的增加而减弱;考虑空化效应后,液膜开启力和泵送量的数值与未考虑时有所降低,但变化趋势基本一致,而液膜刚度在一定的螺旋槽结构参数范围内波动较大,影响液膜的稳定性。因此,端面空化易导致密封失效。     

乳化液泵配流阀滞后性影响因素研究

为了研究乳化液泵配流阀运动的滞后性及平稳性,在AMESim中建立了液压仿真模型,着重考虑了系统结构参数及工作参数的影响,对配流阀的优化设计提供了改进依据。通过数值计算,对配流阀滞后引起的柱塞腔压力变化进行了讨论。结果表明：吸液阀关闭滞后和排液阀的开启滞后随曲轴半径、连杆长度、柱塞直径及吸液阀阀芯质量的增加而增大,随吸液阀弹簧刚度及预压力的增加而减小;而吸液阀的开启滞后时间和排液阀的关闭滞后时间随排液阀阀芯质量的增加而增大,随排液阀弹簧刚度的增加而减小。余隙容积越大,配流阀的开启滞后时间越长,而关闭滞后对其不敏感;此外,随着阀芯半锥角的增加,工作压力的提高,配流阀的滞后现象均随之减弱,而柱塞行程和排液阀弹簧预压力的变化对其几乎无影响。     

大圆形孔端面机械密封性能分析

考虑液膜空化的影响,采用有限单元法求解层流、等温条件下控制流体密封端面膜压的雷诺方程,分析大圆形孔端面机械密封在不同端面几何结构参数和操作条件下,端面液膜压力分布以及开启力、液膜刚度和泄漏率等密封性能参数的变化规律,对比微孔与大孔密封端面的性能,指出大圆形孔端面密封产生承载力的机制;以最大液膜刚度及开启力为优化目标,在研究范围内获得大孔的最佳孔深。结果表明:在相同研究条件下,随着孔径和孔数的增加,大圆形孔产生的流体动压效应比微孔更强;随着介质压力的增加,静压效应增强,空化效应减弱,由此导致端面开启力增大,液膜刚度下降,泄漏率增大;随着转速的增大,开启力和液膜刚度均增大,而泄漏率减小。     

螺旋槽机械密封泄漏率的控制方法

流体润滑的螺旋槽机械密封环端面在液膜摩擦热的作用下发生变形并构成径向楔形间隙。考虑液膜粘度随温度的变化,建立了液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析方法,依据该方法确定了与给定闭合力对应的端面间隙形式及泄漏率。研究表明,可通过调节闭合力可实现对泄漏率的控制;闭合力越大,液膜厚度越小,摩擦扭矩越大,泄漏率越小。     

内圆弧槽机械密封液膜流场特性分析

以内圆弧槽流体动压型机械密封为研究对象,建立了动静环端面间液膜的三维模型,运用计算流体动力学理论和有限体积法对端面间液膜的流场特性和装置的密封性能进行了模拟和数值分析。对处于不同工况、不同密封介质条件下的液膜流场,得到了其压力、泄漏量、开启力和摩擦扭矩的变化规律及相互影响关系。结果表明:圆弧槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;液膜的压力沿径向由内径到外径逐次降低;泄露量的大小随动环转速或介质压力的增大而增大;开启力的大小与动环端面的总压力具有相似的变化规律。     

气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性

基于气体润滑理论,考虑浮动环瓣力平衡与力矩平衡,对气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性开展数值分析研究。计算得到密封面压力分布规律,并分析转速、密封压力等操作参数对平衡膜厚、平衡转角、泄漏量、气膜刚度、刚漏比等密封参数的影响规律。结果表明:密封面楔形收敛间隙可以产生显著动压效应,最小膜厚与环瓣偏角随主轴转速增加而增大,但是随密封压力增加而减小;泄漏率随转速与密封压力增加而增大,气膜静态刚度、角向刚度、刚漏比随转速增加而降低,随密封压力增加而增大。     

低压螺旋槽上游泵送气体端面密封零泄漏特性

采用有限差分方法,基于对螺旋槽端面气膜压力分布、流速分布和泄漏率变化的数值计算分析,探讨低压上游泵送螺旋槽气体端面密封实现被密封介质零泄漏的作用机制和变化规律。结果表明,螺旋槽上游泵送作用可在高压侧形成周向封闭的高于密封压力的高压流体环带,阻止被密封介质进入密封间隙,实现被密封高压介质的零泄漏,形成密封介质的完全的反向泄漏;泄漏率随转速、槽数和膜厚的增加先减小后增大,随槽深、螺旋角和槽台宽比的增加先增大后减小,随槽根半径增加而减小;当转速、膜厚和槽数达到一定值时,泄漏方向会发生改变;开启力随转速和槽数增加而增大,随着膜厚的增大而减小,随槽深、螺旋角、槽台宽比和槽根半径的增加呈先增大后减小的趋势。     

空化效应下端面液膜机械密封性能分析

针对端面螺旋槽液膜密封空化效应,基于Schnerr-Sauer空化模型,采用流场计算软件FLUENT对机械密封端面液膜密封流场进行空化模拟,探究液膜密封在不同转速、入口压力、槽深、液膜厚度以及不同螺旋角对空化效应的影响规律。研究结果表明：端面螺旋槽液膜密封在考虑空化效应时的开启力、泄漏率均小于不考虑空化效应工况下的值,而且工况参数和结构参数的影响规律基本相似。综合考虑端面螺旋槽液膜密封的密封性能以及可靠性,建议取槽深为10～14 μm、液膜厚度为3～4 μm和螺旋角为15°～20°时,端面螺旋槽液膜密封的整体密封性能最佳。     

高速重载弧齿锥齿轮点接触热弹流综合分析*

针对高速重载弧齿锥齿轮节圆位置,基于热弹流润滑理论进行齿面润滑特性分析,研究不同工况锥齿轮油膜各特征（压力、膜厚、温升）二维轮廓曲线的变化情况。结果表明：高速重载的工况使得Hertz压力峰与二次压力峰出现合并的现象,并且弹流润滑中经典的中央油膜平坦现象并不显著,仅当温度降低使润滑油黏度增加时,才逐渐出现了中央油膜平坦的现象。为了在工程实践中能够有针对性地调整工况参数来改善齿轮的润滑状态,分析油膜特征参数对输入参数的敏感性,发现工况参数中对油膜最大压力的影响程度由大到小为弹性模量、黏度、转速、功率;对油膜最大温升与最小油膜厚度的影响程度由大到小为黏度、转速、弹性模量、功率。     

波度端面机械密封热流体动力润滑性能分析

基于流体润滑理论,考虑润滑液膜空化现象和润滑液膜与密封环之间的热传导作用,建立波度端面机械密封三维流固热耦合模型,采用SUPG有限单元法求解广义雷诺方程、能量方程和热传导方程,计算端面液膜压力、开启力、泄漏率、摩擦因数等参数,对比分析密封热流体动力润滑(THD)和流体动力润滑(HD)密封特性。结果表明:随着转速、密封压力、波幅、波数的增加,开启力和泄漏率增加,摩擦因数减小;随着坝宽比、初始膜厚的增加,开启力和泄漏率减少,摩擦因数增加。热效应对密封性能影响显著,随着端面摩擦热升高,润滑液膜压力降低。     

径向柱塞泵轴配流副液动力矩特性研究

为了研发高性能的海水径向柱塞泵, 建立了轴配流副的三维模型, 对配流副的水力学特性进行研究, 分析了液动力矩的产生机理, 进一步建立配流轴液动力矩的物理模型, 运用MATLAB软件模拟仿真液动力矩的变化规律。搭建试验台架, 并采用开通流孔的方式, 减小液压侧向力对试验结果的影响, 在海水介质条件下, 测试了配流轴的液动力矩随转速和配流窗口压差的变化, 验证了配流副的液动力矩模型的准确性。结果表明, 配流副转速较低时, 所受液动力矩的波动较大, 转速较高时, 所受液动力矩较为平稳;全平衡结构配流轴所受液动力矩不随转角变化, 只与配流轴转速和配流窗口的压差有关。