磁流体润滑油膜的数值求解与实验研究

发布时间：2017-04-02 08:19

  本文关键词：磁流体润滑油膜的数值求解与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：油膜轴承在轧机设备中素有轧钢机械的“心脏”之称。与滚动轴承相比,油膜轴承具有承载能力大、寿命长、速度范围宽、抗冲击能力强等优点。但随着现代社会对轧机的高效、大型、重载、经济性的要求,对其旋转部件——油膜轴承,提出了新的、更高的要求。在理想状态下轧辊与轴承之间完全由润滑介质隔开,在实际运转过程中,由于轧制力的增大和油膜温度的升高造成轧辊与轴承之间的接触摩擦、磨损,甚至引起轴承的失效。本课题引入磁流体代替传统润滑油对油膜轴承进行润滑,通过施加磁场作用于磁流体提高磁流体的粘度,保证油膜的完整性和稳定性,增强轴承的承载能力,防止轴承与轧辊之间的摩擦、磨损,提高轴承的使用寿命和轧件的质量。本文基于流体润滑理论、电磁学理论和磁流体动力学理论,完善了磁流体润滑油膜轴承的数学模型,并对磁流体润滑的数学模型进行无量纲化和离散。利用Microsoft Visual Studio平台,运用Fortran语言针对磁流体润滑数学模型编译相应的程序,对离散的磁流体轴承润滑模型进行数值求解。定量获得在磁场、流场和温度场作用下的磁流体油膜轴承的润滑性能。下面将本文主要研究内容简述如下:首先,建立磁流体润滑油膜轴承的数学模型,包括与油膜温度、油膜压力和外加磁场强度有关的粘度方程、Reynolds方程、能量方程及与润滑性能参数有关方程。其次,对磁流体润滑的数学模型进行无量纲化并运用有限差分法对其进行离散。实验研究缠绕螺线管线圈的轴承内部的磁场强度分布规律及传统润滑油和磁流体的粘度与油膜温度和外加磁场强度的关系。最后,依据磁流体润滑油膜轴承的数学模型,运用Fortran语言编程求解传统润滑油和有无磁场作用下的磁流体润滑油膜轴承的润滑性能,获得不同条件下的无量纲油膜压力、油膜温度和油膜厚度分布。
【关键词】：磁流体 油膜轴承 润滑 数值求解 粘度 磁场强度
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG333;TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 磁流体概述10-11
• 1.2 本文研究目的与意义11-12
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势12-14
• 1.4 本文结构安排14-16
• 第二章 磁流体润滑油膜轴承的数学模型16-38
• 2.1 油膜轴承润滑理论16-26
• 2.1.1 膜厚方程16-19
• 2.1.2 粘温—粘压方程19-20
• 2.1.3 密度方程20
• 2.1.4 连续性方程20-21
• 2.1.5 雷诺方程21-22
• 2.1.6 能量守恒方程22-23
• 2.1.7 边界条件23-24
• 2.1.8 其他润滑性能参数24-26
• 2.2 电磁学基本方程26-29
• 2.2.1 磁场中的Gauss定理26-27
• 2.2.2 磁场中的Ampere环路定理27-28
• 2.2.3 有限长通电螺线管中的磁感应强度28-29
• 2.3 磁流体油膜轴承润滑理论29-37
• 2.3.1 磁流体动力学方程30-32
• 2.3.2 磁流体的粘度方程32-34
• 2.3.3 雷诺方程34-35
• 2.3.4 能量方程35
• 2.3.5 固体热传导方程35-36
• 2.3.6 边界条件36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 数学模型的无量纲化及差分格式38-48
• 3.1 数学模型的无量纲化38-42
• 3.1.1 膜厚方程的无量纲化38
• 3.1.2 粘度方程和密度方程的无量纲化38
• 3.1.3 Reynolds方程的无量纲化38-39
• 3.1.4 能量方程的无量纲化39-41
• 3.1.5 固体热传导方程的无量纲化41
• 3.1.6 边界条件的无量纲化41-42
• 3.1.7 承载力无量纲化42
• 3.2 数学模型的差分格式42-47
• 3.2.1 Reynolds方程的差分格式43-46
• 3.2.2 能量方程的差分格式46
• 3.2.3 固体热传导方程的差分格式46-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 磁流体油膜轴承外加磁场的设计及磁流体粘度测量实验48-56
• 4.1 磁流体油膜轴承外加磁场的设计48-53
• 4.1.1 实验测量缠绕通电螺线管衬套的磁感应强度分布49-52
• 4.1.2 轴承的磁化电流52-53
• 4.2 磁流体粘度的测量实验53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 磁流体润滑油膜的数值求解56-72
• 5.1 数值求解过程中相关参数56-57
• 5.2 数值求解计算流程图57-60
• 5.3 油膜轴承外加磁场的数值求解60-63
• 5.3.1 多层螺线管线圈产生的磁感应强度60-61
• 5.3.2 缠绕螺线管线圈的油膜轴承内部的磁感应强度61
• 5.3.3 衬套楔形间隙内的磁感应强度分布61-63
• 5.4 润滑模型的数值求解63-67
• 5.4.1 传统润滑油润滑轴承时的数值求解63-64
• 5.4.2 无磁场作用时磁流体润滑数值求解64-66
• 5.4.3 有磁场作用时磁流体润滑数值求解66-67
• 5.5 数值求解结果对比分析67-71
• 5.6 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 硕士期间发表论文及参加科研情况80-81

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