润滑脂热流变特性及管路减阻研究

发布时间：2018-12-21 15:44

【摘要】：机械装备朝着自动化和智能化方向的发展,集中润滑必将是未来机械装备润滑系统的发展方向。集中润滑系统供脂过程中的管路阻力是不容忽视的问题,降低供脂管路的阻力一直是人们孜孜不倦追求的目标。润滑脂为结构性的胶体分散体系,呈现出半固体状。剪切流动需要克服其结构强度和剪切阻力,管路供脂阻力大。这将严重制约着集中润滑在机械装备系统中的应用。特别是选用稠度等级较高的润滑脂时,供脂阻力尤为明显。另一方面,润滑脂具有较为明显的热流变特性,温度升高润滑脂流动阻力下降,流动性变好、易于输送。针对热流变特性变化规律及其管路减阻效应中的基础问题,本文将就以下几方面开展深入研究。阐述了润滑脂流变特性的基本概念及其表征方法,研究了其粘弹特性和流动特性随温度的变化规律;此外,基于流动曲线的实验结果和Herschel-Bulkley(H-B)流变模型,采用数据拟合的方法给出了各温度下润滑脂的流变参数,实现了采用数学模型对润滑脂粘性剪切流的表征;最后,结合润滑脂微观形貌及流变特性研究结果,揭示了润滑脂热流变特性变化机理。基于流体动力学基本方程和润滑脂本构方程H-B流变模型,建立了润滑脂圆管流理论模型,实现了润滑脂圆管流的流场分布(流速、剪切速率和剪切应力)和流动过程(流量-压降关系)描述,给出了润滑脂圆管流的影响因素及分布规律。结合润滑脂热流变实验结果和圆管流理论模型,分析了润滑脂热流变对圆管流过程中流速、剪切速率及剪切应力的影响规律,并进一步对流动形态展开了讨论,利用雷诺数验证了润滑脂流动形态为塞流的假设;最后,探究了热流变对润滑脂圆管流动流量的影响规律,搭建了润滑脂圆管流动试验台,探究了流量-压降变化关系,验证了润滑脂圆管流理论模型。建立了润滑脂壁滑移条件下圆管流管壁处剪切速率和壁滑移速度的理论模型,探究了润滑脂圆管壁滑移的影响因素及变化规律;考察了流变测试过程中温度对壁滑移效应的影响规律,并采用数据拟合方法得出了各分析条件下的流变参数;基于流变测试实验结果和理论模型,分析了温度对润滑脂圆管流管壁剪切速率、滑移速度的影响规律;结合润滑脂Lubrication滑移模型和圆管流壁滑移分析结果,揭示了壁滑移效应对润滑脂圆管流促进效应的机理。采用静态热老化方法模拟了润滑脂在最高使用温度(120℃)加热下的热老化行为。借助物理性能实验考察了各润滑脂样品的胶体性能变化规律;采用场发射扫描电镜(FESEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)探究了其皂纤维缠结程度和分子基团化学结构变化规律;选用四球摩擦试验机考察了各样品的摩擦学性能,探明了其减摩抗磨和极压性能变化规律;最后,对润滑过程的机理展开了讨论,得出了保持润滑脂润滑性能不变的加热时间。研究结果为热流变特性应用于管路减阻提供了关键参数。本文所得研究成果对于润滑脂热流变特性及其性能应用于管路减阻的深入研究具有重要的指导意义,能为稠度等级较高润滑脂的供脂管路减阻提供基础理论支撑。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH117.22

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本文编号：2389114