轴向喷气对断油高速滚动轴承油膜运动特性影响

高速轴承断油后轴承腔内的油膜运动特性直接影响着轴承的抗断油能力。为进一步提升现有轴承的抗断油能力,采用VOF和多重参考系模型相结合的方法,系统研究喷气位置、喷气流量以及喷气角度变化对断油轴承腔内流体流动和温度场的影响。结果表明:在研究的喷气流量范围内,喷气流量变化对断油后轴承腔内油膜运动影响较小,而喷气位置和喷气角度对断油后轴承腔内的油膜运动特性具有重要影响,喷气位置在保持架上侧和喷气角度为0°时,可以延缓轴承腔内润滑油的流失,使滑油分布更均匀,从而使其具有更好的润滑冷却性能。

密封气流流量对轴承腔外壁滑油运动的影响

为了研究密封气流质量流量对轴承腔外壁面上滑油分布及温度分布的影响,基于拉格朗日离散相模型(DPM)和液膜模型,利用STAR CCM+商业软件对轴承腔内油滴运动、油滴向油膜的转化以及油膜在轴承腔内的运动开展非稳态数值模拟计算,并与德国Karlsruhe大学轴承腔油膜厚度试验结果进行对比。结果表明:计算值与试验值在高转速下一致性较好,平均相对误差13.6%;低转速下由于空气分布均匀性较差,个别工况点计算值与试验值存在一定误差,但最小相对误差在4%,总体上具有较好一致性;随着轴承腔密封气流的质量流量的增加,轴承腔内空气的平均流动速度提高,对轴承腔外壁面上油膜的剪切作用和扰动能力增强,导致轴承腔的外壁面油膜厚度和稳定性降低;轴承腔外壁面上的温度分布与油膜的厚度分布一致,最小温度分布在壁面上被油滴冲击位置;随着轴承腔密封气流的质量流量的增加,轴承腔外壁面上低温分布范围增大,但温度分布均匀性变差。

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。

轴承-转子系统在基础运动作用时的非线性分析

轴承-转子系统的非线性特性及其在基础运动作用时的响应,是离心机设备设计阶段必须考虑的。本文使用简化的多自由度转子模型进行模拟分析,运动方程考虑了非线性的油膜润滑轴承模型。应用自适应时间步长的Runge-Kutta-Felburg法求解微分运动方程组,将人造的正弦波加速度作为基础运动输入系统,使用Poincaré图、分岔图和瀑布图分别考察了垂直放置转子在有无基础运动作用时的动力学性质。快速傅里叶变换在频域内揭示了转动频率与基础振动频率之间的组合共振现象。计算的结果不仅给出了泵转子自身的非线性性质,也展示了泵转子在基础运动作用时的组合共振。

风洞试验模型表面的荧光油膜路径运动速度测量

风洞试验模型在气流脉动作用下小幅振动,导致光流法从荧光油膜时序图像中解得的荧光油膜路径运动速度含有模型运动速度,降低了荧光油膜全局摩阻测量准度。为此,提出试验模型表面的荧光油膜路径运动速度测量方法,将模型表面的背景纹理(如人工网格线或其他典型特征)作为基准,利用图像相关法离散匹配,获得相邻时序图像中背景纹理的(几何位姿)映射矩阵;基于模型运动的连续性,推导了映射矩阵的全局优化方程,并结合光流法,实现了模型振动与其表面荧光油膜路径运动的解耦。Oseen涡对的荧光油膜路径运动速度场仿真试验结果表明:在给定的平移旋转条件下,本文方法的计算结果(沿Oseen涡核连线分布的测量速度)与理论值的最大相对误差为4.1%,较无平移旋转条件下的光流计算结果最大相对误差仅增加0.6%。2m量级高速风洞某空腔试验与机翼试验的荧光油膜路径运动速度测量结果进一步显示:本文方法测得的流动现象正确,能得到定量、清晰的表面摩擦应力线图谱与油膜路径运动速度场,较传统方法优势明显,工程应用价值大。