基于CFD的滑动轴承瞬态流场计算

发布时间：2019-07-12 12:58

【摘要】：随着旋转机械的大型化、高速化和大容量化,转子-轴承系统出现的振动故障越来越多,越来越复杂,而滑动轴承作为大型旋转机械主要的支撑部件,其性能的好坏直接影响到整个机组的工作精度、寿命、可靠性和其他诸多技术经济指标,因此滑动轴承是旋转机械保持优良动力学品质的焦点问题。作者在总结了前人大量的有关滑动轴承的研究工作的基础上,确立了本文的研究思路,有两个方面：一是寻求一种更好地计算油膜的边界条件,提高计算结果精度；第二部分是研发一种新的计算滑动轴承瞬态流场的方法,突破线性假设,研究非线性油膜力对转子-轴承系统的影响。本文结合了转子动力学理论、流体润滑理论、计算流体力学等,通过数值计算,着重在以下几个方面开展研究： 1.本文建立了计算滑动轴承流场的数学模型,确定求解滑动轴承流场的计算条件,通过计算对比的方法得到合理的计算模型参数。结果发现,建立的气穴模型提供的边界条件与实际情况更符合。 2.建立转子-轴承系统模型,自行开发了一种新的动网格更新方法嵌入到FLUENT软件中对转子-轴承系统的滑动轴承中的瞬态流场进行了计算,并确定相应的计算条件及影响因素。研究了轴颈涡动轨迹受到不平衡偏心距、转速的影响。通过计算轴心轨迹、静平衡位置研究比较了不同长径比、不同轴瓦形状、不同油膜间隙比轴承的稳定性。 3.对利用CFD软件FLUENT计算流场和传统的求解Reynolds方程进行了对比,发现传统的求解Reynolds方程方法中忽略项对油膜性能有一定的影响,利用CFD求解未忽略其影响,提高了计算精度。另外,基于大型计算流体力学(CFD)软件的有限元方法便于求解复杂结构的轴承,对于事先未知的自由边界或求解区域内部不同介质的交界面比较容易处理。 4.与稳态轴承油膜力计算模型进行了比较,发现本文提供的计算方法与稳态轴承油膜力计算模型得到的结果趋势基本一致,只是由于边界条件的差异计算结果有所不同。此外,还分析了本文提出的方法求解得到的油膜力的非线性特性,为转子-轴承系统更精确的研究提供了保障。
文内图片：滑动轴承中油膜压力和气穴产生空穴，如图1所示

图片说明：火一上布图1滑动轴承中油膜压力和气穴产生空穴，，如图1所示。为了研究油膜空穴分布规律，正确求解雷诺方程，研究者提出了一系列的油膜边界条件。起初，人们在分析中常常不考虑空穴的影响，如S。~erfeld边界条件和半50~erfeld边界条件，后来，学者又陆续提出了Reynofds边界条件和考虑气穴的质量守恒边界条件。目前，对油膜边界条件的描述最常用的有:Sommerfeld条件、半sommerreld条件、Reynolds边界条件和质量守恒边界条件4种。(l)全50~erfeld边界条件:全50~erfeld边界条件认为轴承间隙里充满着润滑油，油膜是连续的，即存在负压区。假定计算出的油膜压力在收敛区时正值，而在发散区则是负值，压力对称于最大最小间隙一线。计算时积分区间[0一2司，积分时满足条件:势一o处p=o
文内图片：

图片说明： (FiniteElementMethod，FEM)法{FiniteVolumeMethod，FvM)。法[47]是应用最早、最经典的cFD方法，它将求解域划分为差分格节点代替连续的求解域，然后将偏微分方程的导数用差商代替，散点上有限个未知数的差分方程组。求出差分方程组的解，就是题的数值近似解。它是一种直接将微分问题变为代数问题的近似方法发展较早，比较成熟，较多地用于求解双曲型和抛物型问题是20世纪80年代开始应用的一种数值解法，它吸收了有限差分内核，又采用了变分计算中选择逼近函数对区域进行积分的合理因求解速度较有限差分法和有限体积法慢，因此应用不是特别广法的墓本思想是将计算域划分成有限个控制体积。图2一1所示为下的有限体积离散示意图。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH133.31

【引证文献】