油滴与铝合金壁面的碰撞试验

机械零部件喷油或滴油润滑方式下油滴与零件表面碰撞后形成的沉积油膜流动特性决定着零件表面润滑油膜的分布特征和零件的润滑状态,对于这一润滑现象的深入理解需要对油滴与金属固体壁面碰撞及其后沉积油膜的流动铺展行为进行研究。建立了油滴与铝合金壁面碰撞的试验装置,采用高速相机拍摄了油滴与铝合金壁面碰撞及其后沉积油膜的流动铺展与形貌演化过程,分析了碰撞油滴的变形及沉积油膜的铺展与回缩历程,探讨了碰撞条件和润滑油黏度对沉积油膜流动铺展特性的影响。结果表明:与铝合金壁面碰撞后形成的沉积油膜铺展较快而回缩较为缓慢,没有明显的整体回缩现象和振荡过程。较小碰撞角度下,铺展初期油滴与壁面之间存在轻微滑移现象,受重力和铺展能量的作用,铺展后期油膜发生断裂并溅射离开壁面,但没有二次油滴生成。前铺展因子随着碰撞角度的减小和碰撞速度的增加而增大,后铺展因子则随着两者的增大而增大。油滴直径对前、后铺展因子的影响不太明显。

油滴与高温固体壁面碰撞的动态铺展与传热

机械零部件的喷油和滴油润滑方式下,油滴与零件表面碰撞后形成附着油膜的流动与传热特性极大地影响着零件的润滑与散热状态。考虑油滴热力学特征参数受温度影响,采用VOF(Volume of Fluid)方法建立了油滴与高温固体壁面碰撞的流动与传热三维数值分析模型,分析了油滴与高温固体壁面碰撞后的形貌演化与油膜/壁面间的热量传递等动力学和热力学行为,通过试验验证了数值分析模型的正确性,探讨了碰撞速度、壁面温度和油液温度对油膜动态铺展和传热的影响。结果表明:油滴与高温固体壁面碰撞后,少量“卷吸”空气滞留于铺展油膜中心形成气泡,气泡上浮至油膜表面后发生“溃灭”;最大铺展直径的油膜呈中心平直、边缘凸起的圆盘状;油膜、空气和高温壁面三相接触线附近热交换较为剧烈,油膜边缘局部热流密度明显高于其他位置,且随铺展进程推进变得更加显著;无量纲铺展因子随碰撞速度和油液温度的升高而增大,受壁面温度的影响却不明显;提高碰撞速度和壁面温度有利于油膜与高温壁面的换热,壁面平均热流密度增大;最大铺展直径时,随碰撞速度、壁面温度和油液温度的升高,油膜径向热流密度是增大的。