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。

摩擦对平行圆盘间隙中一维可压缩流动的影响分析

以平行圆盘间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化和壁面摩擦时,通过理论推导及程序编制,利用预估-校正方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数及摩擦因数的分布规律。结果表明:对于一维模型而言,气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势,摩擦因数始终呈现上升的趋势,但摩擦因数在整个平行圆盘间隙中变化很小;对于不同材料的轴承圆盘,由于精加工工艺的不同会导致壁面相对粗糙度发生变化,进而使壁面摩擦因数发生显著变化,即摩擦因数受到相对粗糙度的影响很大;在计算过程中采用平均摩擦因数可得到相似的计算结果,并满足计算精度要求。

高压圆盘气体轴承轴对称模型的共轭传热分析

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。为提高计算效率,采用二维轴对称模型,使用ANSYS ICEM网格划分软件对流体域和固体域进行结构网格划分;使用ANSYS Fluent数值模拟软件,计算了二维轴对称条件下高压圆盘气体轴承气膜对称线上的马赫数、静温分布,流固耦合面上的热流密度分布,以及轴承圆盘固体域的温度场。将二维计算结果同已有的三维模型计算结果做对比,二者基本吻合,可以很好地相互验证计算结果的可靠性;对进一步分析高压圆盘气体轴承更为复杂的其他热流固耦合问题,提供了简化思路。

热流密度对平行圆盘间隙中一维可压缩流动影响分析

以高压圆盘气体轴承平行间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化、壁面摩擦和热量输入时,通过理论推导及程序编制,利用数值计算方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数、静温和静压的分布规律。结果表明:对于一维模型而言,气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势,静温始终呈现上升的趋势,静压呈现先上升再缓慢下降的趋势;在整个平行气膜间隙中,热量的输入会导致马赫数下降的速率减缓,当热流密度不大时,马赫数受热量输入的影响很小,而热流密度较大时,热量输入对马赫数有较明显的影响;静温受热量输入的影响很大,且热流密度越大,温度上升的越明显,静压受热量输入的影响很小。

新型环面节流静压气体球轴承压力分布的有限元计算

环面节流多孔闭式球轴承具有整体球窝,是静压气体球轴承的一种新结构形式.通过引入流场驻点附近的无穷小邻域,使得处理该轴承在球面坐标系中球窝中心点保角变换不存在这一数学难题成为可能,并给出了用伽辽金加权余量法进行有限元离散时边界条件的数学描述.计算结果表明,尽管边界条件不同,"比例分割算法"对闭式气体球轴承气膜压力场的求解仍然有效,只是迭代时间稍长.环面节流多孔闭式球轴承在气膜中心区域存在流动滞止区,滞止区压力基本相等且高于远离供气孔的其它气膜区域的压力.

新型环面节流静压气体球轴承动特性分析

通过引入无穷小半径的概念 ,解决了具有整体球窝面的环面节流静压气体球轴承球窝中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法 ,给出了求解球面坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法 ,从而建立起分析该结构球轴承铅垂方向上动态特性的一类理论方法。分析结果证明了新型环面节流气体球轴承具有充分、完全的稳定性能。在结构参数不变的情况下 ,轴承的动态特性随供气压力、气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。

环面节流静压气体球轴承承载力特性的实验研究

为研究环面节流闭式静压气体球轴承的承载力特性,设计了试验轴承及测试装置,介绍了轴承加工工艺及其制造精度的检测结果,完成了轴承承载力特性的实验研究.实验结果验证了所采用的理论计算方法具有良好的工程计算精度.

新型环面节流静压气体球轴承压力分布的实验研究

设计了新型环面节流闭式静压气体球轴承及其测试装置,特别是球窝上测压孔的分布位置,介绍了轴承加工工艺及其制造精度的检测结果,以及压力分布测试系统的工作原理,研究了气膜压力分布规律.结果表明,实验结果验证了理论分析方法的正确性.由于研磨工艺的限制使得试验球窝呈喇叭口状,造成球窝边缘的实测压力小于理论计算压力值.轴承的制造误差、模型误差以及计算误差是主要的误差来源,在开发新型结构静压气体球轴承的过程中,轴承的制造工艺以及零件的检测技术非常重要.

小孔节流静压气体球轴承的结构参数设计

采用工程计算方法研究了按静刚度最大准则设计小孔节流静压气体球轴承几何参数的基本过程,详细讨论了球轴承的几何参数变化对轴承承载力特性、静刚度特性及流量特性的影响.给出了三个主要几何参数即球窝外包角、供气孔直径和供气孔数的合理取值范围.

环面节流静压气体球轴承的相似准则

从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气体润滑方程特性的基础上,对Constantinescu给出的动压气体轴承相似准则进行补充,得到环面节流静压气体球轴承定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则.数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一致;当其它参数不变时,不同球半径的2个球轴承的气膜流场相似;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相似理论进行分析.

不同孔式节流器对圆盘止推气体轴承静特性的影响

采用保角变换有限元方法计算采用相同供气孔径的不同孔式节流器对静压圆盘止推气体轴承静特性(包括承载力特性、静刚度特性及流量特性)的影响。对承载力和流量特性的分析结果与Kazim ierski的研究结果一致,即:采用相同供气孔径的简单孔式和环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,前者的承载力系数高于后者,但后者的单位载荷气体消耗率要小于前者。对静刚度特性的分析结果表明,同尺寸供气孔径的简单孔式节流器与环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,可以实现的最大静刚度相当,但前者最大静刚度点对应的气膜高度大于后者,因此采用简单孔式节流器时,止推轴承的设计工作点对应的气膜高度可以大一些,这意味着可在一定程度上降低对轴承制造精度的要求。

彩超测定小儿阑尾管壁厚度对小儿急性阑尾炎的诊断价值

目的探讨彩超测定小儿阑尾管壁厚度对小儿急性阑尾炎(acuteappendicitis)的诊断价值。方法对1634例疑似阑尾炎患儿进行彩超检查,其中195例患儿彩超显示炎性阑尾声像(阑尾炎患儿),55例患儿彩超显示正常阑尾声像,189例阑尾炎患儿进行手术及病检。对急性阑尾炎患儿和正常阑尾的患儿进行分组,分别使用彩超测量阑尾管壁的厚度,得出小儿正常阑尾和炎性阑尾的管壁厚度,同时将55例正常阑尾显示的阑尾管壁厚度与随机抽取55例阑尾炎管壁厚度进行比较。结果急性阑尾炎患儿阑尾管壁厚度范围:(2.37±0.79)mm,小儿正常阑尾管壁厚度范围:(1.06±0.2)mm。结论阑尾炎手术患儿阑尾管壁厚度与正常阑尾管壁厚度的比较具有显著性差异(P=0.00)。笔者认为,小儿阑尾管壁的厚度可以作为小儿急性阑尾炎诊断的一项参考值。

小孔节流式盘状静压止推气体轴承主要几何参数的设计

采用保角变换有限元方法计算量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n对小孔节流盘状静压止推气体轴承静态性能的影响。对承载力特性影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对流量和静刚度特性影响较大的参数是量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。按照优先考虑静刚度指标和兼顾流量、承载力指标的设计原则,从分析中得到了一般情况下该类轴承主要几何参数的推荐取值范围。

静压气体轴承静刚度的动态测试新方法

以环面节流静压气体球轴承为例,建立轴承动静态刚度与气膜位移-动态力频响函数的数学模型;借助数学分析和数值试验,从理论上揭示了轴承气膜位移-动态力频响函数与气膜静刚度、动刚度之间的联系,指出静压气体轴承静刚度的测量可以通过测量低频下气膜频响函数的幅频特性来代替。介绍球轴承气膜幅频特性测试装置的工作原理及测试系统固有模态对测试结果的影响。实测结果表明,静压气体轴承静刚度的动态测试新方法是正确可行的,气膜与承载质量构成的本质非线性二阶振动系统,其低频段的动态刚度数值仍然等于该工作点处的静刚度。新的测试方法,能够实现轴承静态刚度的在线自动测试,提高静刚度的测试精度和效率;将激振频率扩展到机械系统通常涉及的频段后,可以同时得到轴承的动静态刚度和气膜位移-动态力的幅频特性,这对于气体轴承稳定性及精密轴系动态性能的研究具有重要的意义,是轴承的静态测试所无法实现的。

静压气体球轴承动态特性的实验研究

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型。计算结果表明，轴承气膜频响函数的幅相频率特性随轴承工作点和摄动频率的变化而变化，表明气膜系统是一个强非线性系统。介绍了动特性实验装置的工作原理及系统固有模态对测试结果的影响。测试结果表明，在22-400Hz的频段内，当气膜高度不大于70μm时，采用作者提出的静压气体球轴承频响函数计算方法，可以准确地计算出气膜位移-动态力频响函数的幅频特性。实验装置尚不具备相频特性的测试条件，有待于将来的进一步改进。

环面节流静压圆盘止推气体轴承的动特性计算

通过引入无穷小半径的概念,解决了具有整体圆盘的环面节流静压圆盘止推气体轴承中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法,给出了求解柱坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法,从而建立起分析沿气膜高度方向上该结构圆盘止推轴承动态特性的一类理论方法。在结构参数和供气压力不变的情况下,轴承的动态特性随气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。

冷轧连续退火机组中张力辊组主要参数的设计

以发电状态下两端带压辊和不带压辊的S辊组张力变化模型为基础,比较了不加压辊和加压辊以后张力辊平衡力矩的变化,推导了两张力辊偏移距、压辊直径的定量计算公式,讨论了防止打滑条件下张力辊组主要参数的设计过程。

理想气体条件下平行圆盘止推气体轴承承载力特性研究

在高供气压力和大间隙下,平行圆盘止推气体轴承间隙中呈现出超音速主流区与边界层的复杂作用而导致高度复杂的流场。为探讨超音速主流区的特性,采用绝热理想气体和简化轴承模型分析环境背压不变时气膜间隙中流动状态与供气总压的依赖关系,推导出以供气总压和马赫数为主要变量的不同流态下轴承承载力的计算公式。结果表明,随着供气总压的变化,间隙内可能出现4种不同的流动状态,具体由供气总压与3个特征滞止压强的比值来决定;3个特征滞止压强与出口背压的比值仅取决于圆盘的内外半径比。当供气总压在环境背压和第2特征滞止压强之间时,随着供气总压的增大,轴承承载力从0降至最低负值;当供气总压大于第2特征滞止压强时,轴承承载力随着供气总压的提高而线性增大。

气体球轴承气膜频响函数幅频特性测试装置的研制

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型;介绍了频响函数幅频特性测量装置的结构设计、软硬件组成、工作原理以及系统的固有模态对测试结果的影响;指出新颖的激振器平衡式浮动悬挂安装方式能够满足系统的测试要求,对气膜这样的强非线性系统,激振方式必须采用阶梯正弦激振。

小孔节流静压气体球轴承自激振动现象的研究

分析了单供气孔小孔节流静压气体球轴承在不同供气压力下的动态刚度和阻尼特性,及轴承发生自激振动的频率范围。结果表明,承载质量-气膜系统是一个强非线性的振动系统,系统的动态参数随着扰动频率及工作点的变化而变化。从能量传输的角度看,气膜负阻尼可以理解为气膜非定常力对于承载质量在振动一个周期内作正功,使物体振动加剧,最终产生气锤自激振动。