磁流体轴承润滑特性数值计算与仿真

发布时间：2017-04-06 15:06

  本文关键词：磁流体轴承润滑特性数值计算与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在国家大力发展高速铁路的主要背景下,应对列车牵引电机的高速化所面临的轴承高速化的问题而产生的课题,关系到我国高速铁路的快速发展。磁流体轴承是一种新型轴承,它具有转速高、密封性好、承载力强等优点,符合高速铁路的需求,因此本文着重对其润滑区进行了数值计算与仿真。 本文利用微元法推导了考虑磁场效应的二维雷诺方程,之后就其中一种特殊情况(宽轴颈),求解了其一维近似解,得到了此情况下的规律；之后介绍了二维雷诺方程的数值求解方法,应用MATLAB与VC混合编程得到了润滑区二维压强场与速度场分布,利用这两个场的分布得到了磁流体轴承的一些稳态特性,包括承载力、偏位角、端泄以及周向摩擦力等,并与不存在磁场时的稳态特性相比较,得出了普遍情况下磁流体润滑的优势；但在高速重载的情况下,温升较高,压强的变化明显,因此温度与压强对粘度的影响较大,此时的计算必须引入变化的温度场与粘度场,即需要引入粘温粘压方程以及能量方程。在对高速重载下的磁流体轴承多场耦合数值计算后,基于计算结果对磁流体轴承的相关参数进行讨论,从磁场强度、转速、轴承间隙厚度等方面全面评价轴承性能,并给出了适用于高速铁路的磁流体轴承的推荐尺寸。最后对磁流体轴承的磁场分布进行了有限元仿真,指出其磁场分布的特点,为今后的工作打下基础。
【关键词】：磁流体轴承 数值计算 压强场 温度场 MATLAB
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 缩写、符号清单、术语表10-14
• 1 引言14-22
• 1.1 磁流体介绍14-16
• 1.1.1 磁流体的原理14-15
• 1.1.2 磁流体研究现状15-16
• 1.2 磁流体轴承介绍16-19
• 1.2.1 磁流体轴承原理与特性16-18
• 1.2.2 磁流体轴承的研究现状18-19
• 1.3 课题意义19-20
• 1.3.1 课题背景介绍19-20
• 1.3.2 课题任务介绍20
• 1.4 论文内容安排20-22
• 2 流体润滑理论与方程22-31
• 2.1 润滑膜形成原理22-23
• 2.2 流体方程23-28
• 2.2.1 本文的假设23-24
• 2.2.2 雷诺方程的推导24-27
• 2.2.3 一维近似解27-28
• 2.3 二维雷诺方程28-30
• 2.3.1 数值计算方法28
• 2.3.2 边界条件28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 磁流体轴承的数值计算31-48
• 3.1 求解二维雷诺方程31-37
• 3.1.1 无量纲化31-32
• 3.1.2 离散化32-33
• 3.1.3 超松弛迭代33-35
• 3.1.4 求解压强场与速度场35-37
• 3.2 稳态特性分析37-46
• 3.2.1 磁场对压强的影响37-40
• 3.2.2 磁流体轴承总载荷与偏位角40-43
• 3.2.3 磁流体端部泄漏43-45
• 3.2.4 轴承周向摩擦45-46
• 3.3 本章小结46-48
• 4 高速重载下多场联合求解48-70
• 4.1 磁流体轴承磁场48-49
• 4.2 磁流体轴承温度场49-55
• 4.2.1 温度场概念49
• 4.2.2 热流密度与导热系数49-50
• 4.2.3 能量方程50-51
• 4.2.4 控制容积法与离散格式51-54
• 4.2.5 定解条件54-55
• 4.3 多场求解55-60
• 4.3.1 压强与温度对粘度的影响55
• 4.3.2 控制方程数值处理55-60
• 4.4 求解结果60-68
• 4.4.1 场分布60-61
• 4.4.2 高速重载下的磁流体轴承性能分析61-68
• 4.5 磁流体轴承尺寸确定68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 5 磁场仿真70-77
• 5.1 三维有限元分析流程70-73
• 5.1.1 有限元分析与ANSYS软件70-71
• 5.1.2 实体建模与网格划分71-73
• 5.1.3 载荷与边界条件73
• 5.2 求解电磁场73-76
• 5.3 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 参考文献79-81
• 作者简历81

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