分离流量法的非牛顿流体润滑理论、计算与实验研究

发布时间：2018-01-10 03:31

本文关键词：分离流量法的非牛顿流体润滑理论、计算与实验研究　出处：《华南理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：虽然关于非牛顿流体润滑问题的研究已经有近50年的历史,但是相应的润滑计算方法仍然存在着黏度、流速的处理不恰当、计算过程复杂、编程不易收敛等局限。为了解决这些问题,本文在连续介质流体力学的基础上,建立了一种全新的非牛顿流体润滑问题的求解方法——分离流量法。分离流量法的核心是流速的处理。流速的分布是求解非牛顿流体润滑问题的关键,但是由于非牛顿流体剪应力与剪应变率间复杂的非线性关系,流速方程的解析形式很难直接通过相应方程的积分获得。本文发现流体的非牛顿特性主要对压力流产生作用,而对剪切流并无影响。因此,借鉴数学中的分离变量法,本文将一般非牛顿流体中的压力流和剪切流项进行分离处理,分别利用它们的特性以及润滑剂微元体的受力平衡方程,解决了由非牛顿流体本构方程直接推导得到相应流速和流量方程的困难。分离流量法求解非牛顿流体润滑问题的关键是Reynolds方程的建立。本文通过将非牛顿流体中压力流和剪切流项分别处理得到的流量方程,使用流量连续条件,完成了一般非牛顿流体Reynolds方程的推导。然后,进一步考虑润滑膜温度的影响推导得到了更具普遍适用性的非牛顿流体热润滑的Reynolds方程。随后,本文以几种非牛顿流体模型为例给出了基于分离流量法的非牛顿流体的流体动压润滑、弹流润滑以及热弹流润滑问题的基本方程和数值计算方法。数值计算的结果表明分离流量法不仅能成功地应用于非牛顿流体润滑中压力、膜厚和温升等的计算;而且与现有的非牛顿流体润滑问题的计算方法相比,它的计算结果更加准确,计算步骤更加简单,计算量更小而且更易于编程实现。最后,本文使用球-盘接触弹流润滑试验台和所编程序获取了润滑油在不同工况条件下的润滑膜的光干涉图像;并通过编程实现光干涉图像光强值的获取后,使用本文修正的膜厚计算公式和改进的相对光强法计算出了不同工况条件下的膜厚分布情况。实验测量计算的膜厚分布与使用分离流量法理论计算的膜厚分布结果均显示出了很好的一致性,验证了分离流量法的正确性。分离流量法是一种全新的非牛顿流体润滑问题的求解方法,它不受流体非牛顿性的限制、适用于所有粘性非牛顿流体和粘塑性非牛顿流体润滑问题。而且由于是直接使用流速解析式和相应的Reynolds方程进行非牛顿流体的润滑计算,分离流量法不仅大大方便了数值求解过程,而且相较于其它非牛顿流体求解方法也更加准确。
[Abstract]:In order to solve these problems , this paper presents a new method for solving the problem of non - Newtonian fluid lubrication . The results show that the flow velocity distribution is the key to solving the problem of non - Newtonian fluid lubrication .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH117.2

【参考文献】