基于格子-波兹曼方法求解油膜压力的探讨

由于外界环境及磨损等方面的影响,固体颗粒不可避免的进入到润滑油中,为了更方便地分析和求解含有固体颗粒的动压轴承的润滑问题,提出了一种新的求解油膜压力的方法——格子波兹曼方法 (LBM)。介绍该方法的基本原理及计算流程,基于该方法从流场的角度分析流体润滑,建立润滑区域的LBM离散模型。对该模型进行求解,并将计算得到的油膜压力与有限差分法的求解结果进行比较,两者的结果吻合较好,并且LBM中润滑区域的网格划分越细,其误差越小,这表明采用LBM求解润滑油中含有固体颗粒的润滑问题是可行的。

固体颗粒对发动机缸套-活塞环润滑性能的影响

为研究润滑油中含有微小固体颗粒时对缸套-活塞环润滑性能的影响,采用格子-波兹曼方法(LBM)建立含有固体微颗粒的活塞环润滑离散模型,针对活塞环润滑特点进行油膜边界条件处理,研究单个及多个颗粒对于润滑的影响,同时分析颗粒形状、分布及位置对活塞环润滑的影响。研究表明:当颗粒距离活塞环较近时,对于活塞环附近的油膜压力影响较大;当颗粒位于油膜破裂边界附近区域时,由于颗粒的存在导致油膜压力场出现负压,并且出现回流区,这将有可能导致颗粒堆积进而造成磨损;无论是单个颗粒还是多个颗粒都会使油膜压力有明显突变,而多个颗粒时影响的润滑区域更大,这种突变会导致活塞环运动的稳定性变差,从而影响发动机的性能。

悬浮于润滑油中的颗粒运动分析及其对油膜压力的影响

对含有固体颗粒的局部润滑流域建立格子Boltzmann(LBM)离散模型,分析固体颗粒在润滑油中的动力学特性;考虑颗粒形状的影响,推导计入单个固体颗粒运动的润滑方程,并分析得到油膜压力;将油膜流动特性与颗粒动力学计算相结合,分析不同形状的颗粒运动对于油膜压力的影响。分析发现,当颗粒进入润滑油后,经过很短的瞬时颗粒就会达到一个瞬态稳定的状态,无论颗粒在油膜厚度方向的初始位置位于两壁面之间的中线上侧还是下侧,颗粒都会向中线位置移动;当颗粒速度为0时对于油膜压力的影响较大,随着颗粒速度逐渐增大,颗粒对于油膜压力的影响逐渐减小;当颗粒的宽度在油膜厚度方向相同时,长宽比越大的颗粒对于油膜压力的影响也越大;当颗粒长轴相等时,颗粒在油膜厚度方向的宽度越大,则其对于油膜压力的影响也越大,即颗粒形状对于油膜流动的阻碍能力越强,则其对于油膜压力的影响越大。