油气两相流管道含油率及油膜波动速度实验研究

利用ECT电容层析成像检测系统,在设计的油气润滑实验台上,在一定供气条件下,实验研究单次供油量对油气润滑水平管道中油膜波动速度及含油率的影响。结果表明:随单次供油量的增加,管内油膜平均波动速度呈现倒U型变化规律,油膜波动速度的振幅逐渐减小并趋于平稳,而含油率开始时增长速率快,随后增长缓慢。     

基于正交实验的油气润滑系统参数实验研究

油膜厚度是油气润滑中一个非常重要的评价指标。利用油气润滑实验台,结合ECT电容电析成像技术,在正交实验法的基础上研究了不同供气压力、单次供油量和单次供油间歇时间三个润滑系统参数对水平油管中油气两相流油膜厚度的影响。实验结果表明：在实验研究的影响参数中,供气压力对于油膜厚度影响作用最大,单次供油间歇时间次之,单次供油量对油膜厚度的影响作用最小;同时在实验研究参数选取的范围内,得出最薄油膜厚度的实验条件为：供气压力0.4 MPa、单次供油量2 mL、单次供油时间间隔15 s。     

油气润滑系统水平直管压降梯度正交实验研究

采用正交实验方法设计了油气润滑系统水平管道内环状流压降梯度的实验方案,采用电容层析成像检测技术(ECT)实验得到了管内环状流截面含液率和油膜速度,进而根据杜克勒Ⅱ法计算了环状流的压降梯度,最后研究了供气压力、单次供油量、单次供油时间间隔对压降梯度的影响,同时采用极差分析和方差分析方法分析了各因素对压力梯度影响的权重次序。实验结果表明:供气压力对压降梯度具有最显著的影响,而单次供油量、单次供油时间间隔对压降梯度的影响都不显著;供气压力的显著性源于部分水平之间的差异显著性。     

基于ECT对油气润滑中油膜厚度的研究

油膜厚度是评价油气两相环状流的重要指标.论文利用ECT电容层析成像传感器,在油气润滑实验台上,研究了不同单次供油量下水平输油管内的油气两相流油膜厚度变化规律.实验结果表明：随着供油量的逐渐增大,油膜厚度经历了从极薄且不稳定,到油膜较厚相对稳定,到油量沉积、流型变化的过程;在供油量较小的时候,油膜在弯曲管路容易断裂,当供油量较大时,油膜容易在弯曲管路发生堆积.     

轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析

航空发动机轴承腔精确的润滑与换热设计依赖于对其内油气两相润滑介质流动与换热本质的认识。针对轴承腔内复杂的油气两相润滑介质流动状态,建立轴承腔均匀流体/壁面油膜分层流动分析模型,开展腔内油气两相润滑介质流动特性研究,探讨转子转速和润滑油供油量对均匀流体和壁面油膜两相介质压力、速度以及温度分布的影响。分析模型中,气相介质(含油滴)的等效物理特征参数通过离散油滴和气相介质的组分比例关系确定,各固体壁面与流体介质的对流换热系数根据其各自的传热特性确定。研究结果表明,均匀流体与壁面油膜两相介质的压力随着润滑油供油量的增加而增大,受转子转速的影响较为复杂;均匀流体与壁面油膜两相介质的速度随着转子转速的增高而增大,受润滑油供油量影响较小;均匀流体的温度随着润滑油供油量的增加而减小,受转子转速的影响较小;与均匀流体温度不同,壁面油膜的温度随着转子转速的增加而增大,随着润滑油供油量的增加而减小。建立了轴承腔试验台系统,开展了轴承腔油气两相流动状态下的压力和温度测试,压力和温度试验结果与理论计算结果均具有较好的吻合性,验证了提出的理论分析方法的可靠性。     

弹流接触单液滴润滑特性分析

在油气润滑系统中,润滑油以分散的微油滴来为摩擦副供油建立油膜。不同的固-液界面形成不同的微液滴铺展半径。基于此建立了简化的单个微油滴供油弹流润滑模型,模拟了定体积微油滴润滑成膜过程。结果表明:一定体积的微油滴供油时,其润滑效果与其初始铺展半径有关,存在一定范围铺展半径使接触区具有良好成膜能力;最佳铺展半径范围受卷吸速度和润滑油黏度影响。     

喷嘴结构对油气润滑环状流特性的影响

油气润滑供油连续性与稳定性实际表现为输油管内部环状流的油膜连续性及油液波动程度的变化,为了研究喷嘴结构对油气润滑输油管内环状流特性的影响,基于气液两相流基本理论,利用流体力学计算软件FLUENT中VOF模型对高速滚动轴承油气润滑输油管中的油气分布状态及速度变化进行数值仿真。研究喷嘴结构参数对输油管中油气环状流特性的影响,得到了喷嘴结构参数对油气润滑环状流特性的影响关系。结果表明:影响油气润滑系统环状流特性的主要因素是喷嘴的入口和出口直径,两者越接近,对环状流特性影响越小;喷嘴突缩角对油气环状流特性的影响较小;通过研究喷嘴结构与油气环状流的影响关系,为喷嘴结构优化设计及油气润滑输油管内部流场的分析提供了理论基础与依据。     

滚子副温度对润滑性能的影响

针对工作环境、温度变化较大的机械装备中滚子副温度与供油温度的差异,提出处理滚子副温度与供油温度不同时热弹流润滑问题的方法.压力的求解采用多重网格法,膜厚的求解采用多重网格积分法,温度的求解采用逐列扫描技术,给出有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解.研究滚子副温度与供油温度相同和不同时滚子副的润滑特性,讨论滚子副温度、滑滚比和速度参数对齿轮、滚动轴承等机械零件润滑性能的影响.结合滚子副温度高于或低于供油温度的实例,与常规润滑(滚子副温度与供油温度相同)结果进行比较.结果表明,润滑膜厚度取决于滚子副温度而非供油温度.滑滚比对油膜压力与厚度影响不大,但对油膜温度影响显著.与低速相比,高速条件下滚子副温度对中心油膜温度的影响较弱,而对油膜厚度的影响较大.     

贫油润滑状态下滑动轴承润滑静特性研究

对充分润滑和贫油润滑状态下滑动轴承油膜分布规律进行理论分析,建立贫油润滑状态下油膜分布模型。通过Elrod算法,基于质量守恒边界条件,采用有限差分法求解模型,研究恒定负载下、不同供油流量对滑动轴承油膜分布和轴颈静平衡位置的影响,并在贫油润滑状态下,研究负载变化对滑动轴承油膜静特性的影响。结果表明:在贫油润滑状态下,随着供油流量的减小,轴颈偏心率增加,油膜起始角度增加,油膜终止角度减小,完整油膜覆盖区域缩小,油膜厚度变薄;当供油流量不变时,增加负载会加剧贫油润滑现象。     

点接触乏油混合润滑的数值模拟研究

基于改进的统一Reynolds方程,对点接触乏油混合润滑进行数值模拟,研究供油量、载荷、卷吸速度等对混合润滑性能的影响。分析时将润滑区域分为两部分,在压力区润滑油完全充满间隙,在空穴区润滑油部分充满间隙,这两区域的润滑特性都采用离散化的Reynolds方程求解;采用快速傅立叶变换算法求解弹性变形,采用GaussSeidal低松弛迭代逐行扫描法求解压力。结果表明:随着初始供油量的变化,润滑油油膜压力、油膜厚度以及部分油膜比例都会受到影响;速度对点接触乏油混合润滑的影响主要表现在油膜厚度分布上,而载荷的影响主要表现在压力分布上;随着载荷的升高,油膜压力将增大,而油膜厚度有轻微的减小,随着速度的升高润滑油油膜厚度减小。     

超薄含水油膜Couette流润滑特性的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,建立超薄含水柴油膜的全原子分子模型,进行不同含水率下油膜Couette流的润滑特性研究。在相同剪切速度作用下,分析含水油膜的微观结构、速度分布、整体键取向参数、剪切黏度等性质。发现不含水时油膜形成了类固体层,不具有流动性,且在剪切过程中黏度值下降,即表现出剪切时间稀化现象;而含水工况下,油膜出现分层结构,流速符合Couette流的流动特性;且含水率越高,油膜的分层现象越明显,链烃的有序性越强,致使油水混合薄膜的剪切黏度值也越低,呈现出非牛顿流体性质,此时油膜固有的剪切稀化特性被削弱。研究表明,水分子由于具有较强的分子间作用力,能促使油膜中的有机分子重新排布,从而对油膜的润滑性能产生较大改变。     

多点接触乏油弹流润滑模型及试验研究

为探讨多点接触乏油弹流润滑机制,基于球与滚道接触区域的排油和补油平衡,建立适用于不同润滑状态的油膜厚度计算模型,可以计算从充分供油、乏油到干涸乏油的中心膜厚以及油膜不平衡时中心膜厚随滚动次数的衰减。利用自制的球-盘接触光干涉弹流试验装置,通过安装双镜筒同时获取相邻球的油膜图像,研究多点接触中相邻球的轨道重合和不重合时前球尾迹对后球油膜图像和中心膜厚的影响。结果表明:乏油润滑条件下,前后球的轨道不重合时轨道之间可相互补油;前后球的轨道重合时,在给定供油条件下,随着滚动线速度增加,入口弯液面逐渐靠近接触区域,中心油膜厚度增加,与相同工况下乏油润滑模型计算的膜厚对比吻合较好,验证了所建乏油润滑模型的正确性。     

基于FRAP的微间隙润滑油膜流速测量方法

薄油膜润滑广泛存在于各类精密机械与微机电系统中。微纳米间隙内的润滑油流动是影响薄膜润滑承载力的重要因素,但目前薄润滑油膜的流速测量仍然缺少有效手段。本文基于荧光漂白恢复显微技术和漂白区域形状演化过程的成像分析,建立了油膜流速测量系统,可以对微米间隙润滑油膜的速度分布进行原位测量。利用建立的系统获得了厚度为8μm时聚丁烯PB450润滑油膜的库埃特流速分布。重建的荧光漂白强度分布曲线和实验测量结果的皮尔森相关系数大于0.95,且流速分布符合已有润滑理论,证明了测量结果的可靠性。     

重载变速工况下弹流润滑的实验研究

为了揭示重载变速工况下的弹流润滑特性,在自行开发的光干涉弹流实验装置上,开展了相关的实验研究。实验主要针对钢球点接触,在重载(0.83GPa)和超重载(1.44GPa)两种载荷和变卷吸速度工况条件下,对弹流油膜进行了测量,获得了有效的实验数据。结果表明:重载和超重载条件下形成的弹流油膜都具有马蹄形特征。但超重载的没有重载的马蹄形特征明显。卷吸速度为零时有明显的封油现象,随着卷吸速度的增加,由卷吸速度产生的流体效应使得膜厚增加。另外,在进行超重载实验时,随着实验时间的延长,镀铬膜玻璃表面会有较多划痕,甚至出现玻璃表面被压溃的现象。     

N次谐波凸轮-挺柱副的润滑特性分析

将线接触弹流润滑理论应用于发动机配气机构，计算了某N次谐波凸轮-挺柱副润滑的稳态最小膜厚、膜厚比等参数，分析了凸轮．挺柱副稳态润滑在设计转速下随凸轮转角的变化特征，比较和讨论了发动机转速变化对润滑性能的影响。结果表明，凸轮桃尖区多为部分弹流润滑状态和边界润滑，工作段其它部分多为部分弹流、完全弹流和动力润滑状态。曲轴转速提高一般情况下对增加稳态最小膜厚有利，但由此导致的载荷波动量增加对最小膜厚的稳定性不利，从而使表面摩擦和磨损的可能性增加。     

基于弹流润滑的滚子轴承参数研究

基于弹流润滑理论研究滚子轴承结构参数对其润滑特性的影响。结合弹性接触变形方程以及流体动力学润滑方程,建立适合于滚子轴承的弹流润滑模型,研究在不同椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度等因素作用下滚子轴承的摩擦学性能变化规律。结果表明：椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度会不同程度地影响压力峰值及二次压力峰等参数;随着椭圆率的增大,油膜厚度以及压力显著增大;随着载荷的增大,总体压力、压力峰值、二次压力峰及其尖锐度明显增大,但最小油膜厚度略有下降;黏度与最小油膜厚度以及压力存在着明显正相关关系;卷吸速度与油膜厚度存在着微弱正相关关系,与油膜压力存在着微弱负相关关系。因此,一定程度上增大椭圆率并减小载荷,有利于提高润滑性能。     

Differences in Mechanisms for Fretting Wear Reduction between Oil and Grease Lubrication

The different mechanisms of fretting wear in oil and grease lubrication and methods to reduce fretting wear were examined by means of thrust ball bearings in this study. Tests of fretting wear under oil lubrication were conducted. It was confirmed that high-viscosity oil can reduce fretting wear at high velocity (i.e., high frequency) through oil film formation. In the case of grease lubrication, the influence of velocity on fretting wear was significantly different for low- and high-viscosity greases. Grease with low-viscosity base oils could reduce fretting wear at high velocity. In contrast, grease with high-viscosity base oils could reduce fretting wear at low velocity. Grease thickeners were found to be effective in forming a layer that could prevent fretting wear. These results highlight the large differences in effective fretting wear reduction mechanisms between oil and grease lubrication.     

磨屑对润滑油摩擦性能的影响

通过实验和模拟研究磨粒对润滑油摩擦性能的影响。首先通过微纳米压/划痕试验测量含磨屑润滑油的摩擦因数。同时,建立边界润滑体系模型,采用分子动力学方法模拟含磨屑润滑油膜在不同载荷下沿膜厚方向的压缩率和密度分布;对体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子的应力、摩擦力、正压力和摩擦因数;分析不同粒径磨屑的动态行为特征;通过减少润滑油分子数量,探究乏油工况下含磨屑润滑体系的摩擦性能。结果表明,润滑体系摩擦因数的模拟值与试验值一致;磨屑的存在会降低油膜的压缩率,同时在高载下磨屑的存在会对油膜的分层产生破坏,影响磨屑附近的密度分布;含小粒径磨屑的润滑体系的摩擦因数比含大粒径磨屑的润滑体系的小,表明磨粒聚集长大现象会恶化润滑油的润滑性能;磨屑在剪切过程中同时存在滚动和滑动,含小粒径磨屑的润滑体系剪切过程中表现出波动幅度更大的角速度;随着载荷的增大,磨屑角速度减小,波动幅度降低;在乏油工况下,磨屑会在剪切过程中出现变形破碎现象。     

变卷吸速度过程对直齿圆柱齿轮热混合润滑的影响

以渐开线齿轮为研究对象,建立考虑时变效应的齿轮混合润滑模型,计算得到卷吸速度随时间变化的直齿圆柱齿轮的混合润滑数值解,并分析以不同加速度起动和制动过程对齿轮润滑油膜形状和压力的变化。结果表明:起动过程开始时,由于速度较低,整个齿轮润滑系统处于混合润滑状态,随着速度的不断增加,边界润滑效应逐渐消失,接触区也由边界润滑区进入弹流润滑区,并且加速度值越大,边界润滑就会提前结束,进入全膜润滑状态;由于速度在很短时间内变化,必须考虑时变效应,变速过程及变速过程结束后的一段时间都存在时变效应;起动和制动过程的油膜压力和膜厚变化是不可逆的。