超低温高速重载球轴承试验器流场分析及优化
发布时间：2021-02-18 08:50
超低温高速重载球轴承作为当今航天领域大推力液体火箭中重要的零部件。在现阶段,国内对于以数值模拟的角度对超低温重载轴承试验器的内部流动以及流场传热进行准确的研究还存在着一定的技术短板。针对现阶段存在的问题,本文建立了轴承试验器的有限元研究模型来解决存在的已知问题,预测流场内部压力以及温度分布,并通过数值模拟的结果的对轴承试验器的设计方案改进提供依据。主要的研究内容如下:（1）轴承间隙流场有限元计算模型的建立。通过采用数值模拟分析轴承间隙流场,分别在不同的网格类型以及标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型和realizable k-ε湍流模型这三种湍流模型下的速度以及压力场的研究方法。得出了六面体网格更能捕捉流场中的涡旋,精度相对于四面体网格较高。但计算时所需要的时间较长,消耗相对于四面体网格流场较大。对比三种湍流模型对轴承间隙流场数值分析得出压力场的模拟结果基本相同,但标准k-ε湍流模型对于流场内部的速度场旋转以及弯曲不能很好的分析出来,而RNG k-ε湍流模型在三种湍流模型中的仿真效果较好。（2）对试验器腔体内导流区域进行结构优化。以超低温高速重载球轴承试验器内上部液氮腔的流体导流...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１滚动轴承失效Ｉ６】??Ｆ．－１?Ｒｏｌｌｎｅａｒｎａｕｒｅ??
?陕西科技大学硕士学位论文???Ｈ＇?＾５＾?????图１－３重载轴承试验器州??Ｆｉｇ．?１－３?Ｈｅａｖｙ?ｌｏａｄ?ｂｅａｒｉｎｇ?ｔｅｓｔｅｒ??通过对国内外研究文献进行总结及分析可以看到在国内外对流体仿真技术以及通道??内流场具有较为成熟的研究。在湍流理论、传热流动等基础理论方面国外的研究较为先??进。主要在于国外在试验过程中的设备投入巨大，具有较为先进的真机试验条件。而国??外为了将数值模拟的精度提高，考虑多方面因素影响，如热效应、空化等，不断将计算??模型进行完善与优化。使得在流体仿真中所采用的理论基础与边界条件不断接近于真是??工程条件，从而使流体机械中的流体仿真技术研究有了更快速的发展。国内在此方面的??研究起步较晚，但随着国家科研实力的不断提升，我国在利用计算流体动力学实现数值??模拟的研宄方面也立于国际领先地位。但是在超低温重载高速轴承的研宄过程中，一方??面由于我国起步较晚，另一方面因为国际技术的封锁导致我国的研究较为尴尬。??为此，为了对超低温高速重载轴承进行较为全面的研宄，那对超低温高速重载轴承??试验台的设计以及可视化、内部流场的研究就变得非常重要。我国虽然利用ＣＦＤ对各种??流体机械内流场有着非常丰富的研究，但对轴承试验器内部流尝轴承流场仿真精度等??方面的研究还不够深入。随着近年来很多学者对流场精度，内流道流体流动、传热的机??理不断深入研究，现阶段对建立超低温高速重载轴承试验器内流场的数值模拟体系，提??高仿真精度，从有限元的角度帮助轴承进行稳定高效的工作及轴承试验器的设计制造，??最终对提高液体火箭发动机的性能做出具有较高可信度的数值结果分析。??１．５本文主要
陕西科技大学硕士学位论文??３轴承间隙流场流动研宄??在超低温高速重载轴承试验器中，低温流体介质进入结构内部流路并会通过被试轴??承间隙，再通过流道向出口流出。然而被试轴承的间隙非常的狭小，就会导致低温流体??介质通过轴承间隙的流场区域狭窄并且流场结构复杂。在利用ＡＮＳＹＳ?ＦＬＵＥＮＴ进行数??值模拟时，保证数值模拟的精度是非常重要的。在实际工程中，当流体冲过轴承区域时，??需要保证流场在通过轴承流道两端的流体压差并未发生较大的变化，从而保证流场内不??会因为压力变低或者产生负压而导致空化效应的产生，最终影响流场的散热效率。本节??以轴承区域流场为研宄对象，采用ＣＦＤ计算分析软件ＡＮＳＹＳ?ＦＬＵＥＮＴ来求解流体通过??轴承间隙的流场两端的压力与速度场，建立较高精度的数值模拟方法。??３．１轴承流场计算模型的建立??３．１．１轴承几何模型??本节的研究对象是低温流体介质通过轴承间隙流场，那么首先需要建立轴承三维模??型。选择被试轴承型号为６００９深沟球轴承，如图３－１所示。轴承由内、外圈，保持架以??及１２个滚动体组成，其主要结构的几何参数如下表３－１。??（＾１??图３－１?６００９型深沟球轴承几何模型??Ｆｉｇ．３－１?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?６００９?ｄｅｅｐ?ｇｒｏｏｖｅ?ｂａｌｌ?ｂｅａｒｉｎｇ??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空齿轮泵滑动轴承接触状态流体润滑特性[J]. 朱嘉兴,李华聪,符江锋,刘显为. 航空动力学报. 2020(01)
[2]基于ICEM CFD对交叉管道流场网格划分方法的选择[J]. 张航,付俊峰,王海军,杨蓉,黄保童. 中国水运(下半月). 2019(10)
[3]多级液氢泵设计及流场仿真[J]. 毕辰宇,张静,陈晓,李家文. 导弹与航天运载技术. 2019(05)
[4]立式水泵性能流场数值仿真研究[J]. 张明学. 中国设备工程. 2019(17)
[5]高速球轴承喷油润滑流场特性研究[J]. 李潇潇,闫柯,葛临风,朱永生,洪军. 西安交通大学学报. 2019(12)
[6]高速滚动轴承动力学及润滑热失效研究[J]. 王云龙,王文中. 机械工程学报. 2019(08)
[7]圆渐开线型线的涡旋压缩机内部流场模拟分析[J]. 吴臻,冯治国,苏亚锋. 机械科学与技术. 2019(12)
[8]送风角度对冷藏室内流场及温度场的影响[J]. 张耀吉,石丽华,黄东. 家电科技. 2018(S1)
[9]Unstable flow characteristics in a pump-turbine simulated by a modified Partially-Averaged Navier-Stokes method[J]. YANG Dandan,LUO XianWu,LIU DeMin,HUANG RenFang,ZHU ZuChao. Science China（Technological Sciences）. 2019(03)
[10]多级轴流氦气压气机流动失稳实验研究[J]. 苏洋,黄伟光,张靖煊,朱郁波. 热能动力工程. 2018(01)
博士论文
[1]无油涡旋压缩机腔内流场建模仿真及实验研究[D]. 肖根福.南昌大学 2013
硕士论文
[1]空调通风管道弯头的降阻整流方法[D]. 鱼晟睿.西安建筑科技大学 2015
本文编号：3039333
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１滚动轴承失效Ｉ６】??Ｆ．－１?Ｒｏｌｌｎｅａｒｎａｕｒｅ??
?陕西科技大学硕士学位论文???Ｈ＇?＾５＾?????图１－３重载轴承试验器州??Ｆｉｇ．?１－３?Ｈｅａｖｙ?ｌｏａｄ?ｂｅａｒｉｎｇ?ｔｅｓｔｅｒ??通过对国内外研究文献进行总结及分析可以看到在国内外对流体仿真技术以及通道??内流场具有较为成熟的研究。在湍流理论、传热流动等基础理论方面国外的研究较为先??进。主要在于国外在试验过程中的设备投入巨大，具有较为先进的真机试验条件。而国??外为了将数值模拟的精度提高，考虑多方面因素影响，如热效应、空化等，不断将计算??模型进行完善与优化。使得在流体仿真中所采用的理论基础与边界条件不断接近于真是??工程条件，从而使流体机械中的流体仿真技术研究有了更快速的发展。国内在此方面的??研究起步较晚，但随着国家科研实力的不断提升，我国在利用计算流体动力学实现数值??模拟的研宄方面也立于国际领先地位。但是在超低温重载高速轴承的研宄过程中，一方??面由于我国起步较晚，另一方面因为国际技术的封锁导致我国的研究较为尴尬。??为此，为了对超低温高速重载轴承进行较为全面的研宄，那对超低温高速重载轴承??试验台的设计以及可视化、内部流场的研究就变得非常重要。我国虽然利用ＣＦＤ对各种??流体机械内流场有着非常丰富的研究，但对轴承试验器内部流尝轴承流场仿真精度等??方面的研究还不够深入。随着近年来很多学者对流场精度，内流道流体流动、传热的机??理不断深入研究，现阶段对建立超低温高速重载轴承试验器内流场的数值模拟体系，提??高仿真精度，从有限元的角度帮助轴承进行稳定高效的工作及轴承试验器的设计制造，??最终对提高液体火箭发动机的性能做出具有较高可信度的数值结果分析。??１．５本文主要
陕西科技大学硕士学位论文??３轴承间隙流场流动研宄??在超低温高速重载轴承试验器中，低温流体介质进入结构内部流路并会通过被试轴??承间隙，再通过流道向出口流出。然而被试轴承的间隙非常的狭小，就会导致低温流体??介质通过轴承间隙的流场区域狭窄并且流场结构复杂。在利用ＡＮＳＹＳ?ＦＬＵＥＮＴ进行数??值模拟时，保证数值模拟的精度是非常重要的。在实际工程中，当流体冲过轴承区域时，??需要保证流场在通过轴承流道两端的流体压差并未发生较大的变化，从而保证流场内不??会因为压力变低或者产生负压而导致空化效应的产生，最终影响流场的散热效率。本节??以轴承区域流场为研宄对象，采用ＣＦＤ计算分析软件ＡＮＳＹＳ?ＦＬＵＥＮＴ来求解流体通过??轴承间隙的流场两端的压力与速度场，建立较高精度的数值模拟方法。??３．１轴承流场计算模型的建立??３．１．１轴承几何模型??本节的研究对象是低温流体介质通过轴承间隙流场，那么首先需要建立轴承三维模??型。选择被试轴承型号为６００９深沟球轴承，如图３－１所示。轴承由内、外圈，保持架以??及１２个滚动体组成，其主要结构的几何参数如下表３－１。??（＾１??图３－１?６００９型深沟球轴承几何模型??Ｆｉｇ．３－１?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?６００９?ｄｅｅｐ?ｇｒｏｏｖｅ?ｂａｌｌ?ｂｅａｒｉｎｇ??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空齿轮泵滑动轴承接触状态流体润滑特性[J]. 朱嘉兴,李华聪,符江锋,刘显为. 航空动力学报. 2020(01)
[2]基于ICEM CFD对交叉管道流场网格划分方法的选择[J]. 张航,付俊峰,王海军,杨蓉,黄保童. 中国水运(下半月). 2019(10)
[3]多级液氢泵设计及流场仿真[J]. 毕辰宇,张静,陈晓,李家文. 导弹与航天运载技术. 2019(05)
[4]立式水泵性能流场数值仿真研究[J]. 张明学. 中国设备工程. 2019(17)
[5]高速球轴承喷油润滑流场特性研究[J]. 李潇潇,闫柯,葛临风,朱永生,洪军. 西安交通大学学报. 2019(12)
[6]高速滚动轴承动力学及润滑热失效研究[J]. 王云龙,王文中. 机械工程学报. 2019(08)
[7]圆渐开线型线的涡旋压缩机内部流场模拟分析[J]. 吴臻,冯治国,苏亚锋. 机械科学与技术. 2019(12)
[8]送风角度对冷藏室内流场及温度场的影响[J]. 张耀吉,石丽华,黄东. 家电科技. 2018(S1)
[9]Unstable flow characteristics in a pump-turbine simulated by a modified Partially-Averaged Navier-Stokes method[J]. YANG Dandan,LUO XianWu,LIU DeMin,HUANG RenFang,ZHU ZuChao. Science China（Technological Sciences）. 2019(03)
[10]多级轴流氦气压气机流动失稳实验研究[J]. 苏洋,黄伟光,张靖煊,朱郁波. 热能动力工程. 2018(01)
博士论文
[1]无油涡旋压缩机腔内流场建模仿真及实验研究[D]. 肖根福.南昌大学 2013
硕士论文
[1]空调通风管道弯头的降阻整流方法[D]. 鱼晟睿.西安建筑科技大学 2015
本文编号：3039333
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