考虑双电层效应薄膜润滑的数值分析

发布时间：2020-08-13 12:16

【摘要】： 在薄膜润滑状态下,润滑剂有着独特的特点和规律。在靠近金属表面的区域,润滑剂的有效粘度异常高于体相粘度,宏观流体的特性明显改变。国内外研究证明:在固体和液体的界面处存在双电层现象,双电层对薄膜润滑有影响主要是因为引发了电粘度效应。电粘度效应使流体的等效粘度增加,对油膜厚度、摩擦系数等均有影响。目前国内外在研究双电层对薄膜润滑的影响时,一般均假设润滑剂为牛顿流体。实际上,在薄膜润滑状态下,润滑剂多为非牛顿流体,因此采用非牛顿流变模型进行研究十分必要。本文在薄膜润滑中,分别基于牛顿流变模型和非牛顿流变模型数值分析双电层对润滑状态参数的影响。研究主要包括: 1.确定双电层中电荷密度、双电层厚度、双电层电势等参数;分析双电层产生的流动电场;建立双电层引起的电粘度数学模型。 2.分别基于牛顿流变模型和理想粘塑性流变模型编制了考虑双电层效应线接触润滑的计算软件。数值计算结果表明:双电层效应使油膜厚明显增加,对压力分布影响不大。膜厚较薄并且界面处的剪应力超出极限剪应力时,用考虑双电层效应的理想粘塑性模型研究线接触润滑更为合理。 3.编制了基于牛顿流变模型考虑双电层效应面接触薄膜润滑的计算软件。数值计算结果表明:双电层效应使油膜压力分布、承载能力和摩擦系数均有所增加;双电层电势越大,其对润滑性能的影响越明显。 4.建立了考虑双电层效应和壁面效应的粘度修正模型,编制软件进行了数值计算。结果表明:双电层效应使油膜的压力分布、承载能力和摩擦系数均有明显增加。膜厚较薄并且吸附层厚度相对于整个油膜不可忽略时,用考虑双电层效应的等效粘度修正模型研究面接触薄膜润滑更为合理。本文的研究对薄膜润滑的理论研究和实际工程计算有一定的指导意义。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH117.2
【图文】：

电荷分布,固液体系,电荷分布

图1.2固液体系电荷分布固体和液体接触时，固体表面普遍存在荷电现象，它导致了固/液界面的液体一侧带着相反电荷，如图1.2所示。固体表面在溶液中荷电后，静电引力会吸引该溶液中带相反电荷的离子。它向固体表面靠拢而聚集在距离二相界面一定距离的溶液一侧界面区内，以补偿其电荷平衡。若固体表面的电荷为Qs，液相界面区的电荷为g，它们的普遍关系是g+g二o，于是构成了所谓双电层。在溶液中被静电吸引力集聚的带相反电荷的离子称为反(号)离子睁’“]。固，液界面图1.3双电层Stern模型结构示意图图1.3所示为双电层的典型结构。强烈吸附于固体表面的离子层不具有流动性，称作紧密层，也称作Stern层。由于静电吸附作用

示意图,双电层,模型结构,示意图

液界面图1.3双电层Stern模型结构示意图图1.3所示为双电层的典型结构。强烈吸附于固体表面的离子层不具有流动性，称作紧密层，也称作Stern层。由于静电吸附作用，靠近固体表面的反离子浓度高于较远处体相液体中的反离子浓度。然而，由于静电排斥作用，靠近固体表面附近的同号离子浓度低于较远处体相液体中的同号离子浓度。所以，

双电层,流体润滑,物理模型

图1.4流体润滑中的双电层物理模型通常在润滑区中存在两个固/液界面，则相应存在两个相同的双电层结构，如图1.4所示。根据双电层理论，当两个双电层相互接近时，两双电层产生叠加，并且两双电层间存在相互作用力。一般情况下两个相同的双电层(即两双电层界面处的固体一方呈现相同的电性)之间的作用力表现为电斥力。白少先11’]等推导出了双电层间作用力的数学模型，并得出结论:无外电场作用下随着双电层间距离的增加，双电层间的作用力迅速减小。双电层间的作用力只在很小的距离内存在，而且双电层间的作用力远比一般润滑区中的压力小几个数量级，所以在摩擦副和润滑剂界面处形成的两个双电层间的相互作用力完全可以忽略。1.3双电层电粘度效应如图1.5所示，当流体在外力作用下产生流动时，扩散层中的离子会随之沿流动方向进行运动

【参考文献】