空化泡演化的動(dòng)力學(xué)特性及其在滑動(dòng)軸承中的應(yīng)用研究.pdf

1、在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承承載能力高、使用壽命長(zhǎng)、加工維修方便，因而被廣泛應(yīng)用。潤(rùn)滑油作為聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分的紐帶，不僅是提供承載力的源泉，也是誘發(fā)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)的根源。隨著研究方法和技術(shù)的進(jìn)步，研究者發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油在軸承微小流道間隙(其尺寸量級(jí)為0.1～0.5mm)發(fā)散楔內(nèi)較低壓力產(chǎn)生汽化（空化），形成氣液兩相共存的流態(tài)，這種微觀的流動(dòng)特性直接決定著軸承宏觀動(dòng)靜力學(xué)特性，并影響著設(shè)備的運(yùn)行性能。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從流體空

2、化、空化泡演化的動(dòng)力特性的角度出發(fā)，建立空化兩相流數(shù)值計(jì)算模型，該模型結(jié)合N-S方程和空泡動(dòng)力學(xué)中的R-P模型，求解滑動(dòng)軸承空化流場(chǎng)，可以準(zhǔn)確描述負(fù)壓區(qū)油膜的破裂和重新形成，且取得較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
　　本文首先從流體空化理論出發(fā)，給出了流體空化初生的基本條件及其影響因素;在空泡動(dòng)力學(xué)方面，借助空泡動(dòng)力學(xué)方程，研究了空泡處在變壓力場(chǎng)中（包括線性變化、正弦變化以及滑動(dòng)軸承油楔發(fā)散區(qū)域壓力場(chǎng)）演化特性;同時(shí)，結(jié)合徑向滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力

3、潤(rùn)滑理論，建立了滑動(dòng)軸承油膜空化流場(chǎng)的數(shù)值求解模型;通過(guò)有限差分法、CFD模型以及文獻(xiàn)中所給模型的求解結(jié)果對(duì)比，可以驗(yàn)證本文CFD數(shù)值求解模型的合理性。
　　提出了滑動(dòng)軸承空化流場(chǎng)特性影響因素作用機(jī)理模型;并采用空化兩相流數(shù)值計(jì)算模型，進(jìn)一步分析了潤(rùn)滑油的物性參數(shù)（黏度、汽化壓力、溶解的不凝結(jié)氣體含量）、運(yùn)行條件（轉(zhuǎn)速、偏心率、供油壓力），以及軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)（長(zhǎng)徑比、間隙）對(duì)軸承流道間隙的空化流場(chǎng)特性、靜力承載特性影響情況;發(fā)現(xiàn)這

4、些條件的改變可以影響滑動(dòng)軸承的動(dòng)壓效應(yīng)以及空化效應(yīng)，而且這兩者通過(guò)一定的“反饋機(jī)制”相互制約，進(jìn)而影響流場(chǎng)特性和靜力承載特性。
　　同時(shí)，借助于CFD求解流體空化流場(chǎng)特性方面的優(yōu)勢(shì)，采用自定義程序和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，可以通過(guò)微擾動(dòng)方法求解滑動(dòng)軸承的動(dòng)力特性系數(shù)。并進(jìn)一步研究了轉(zhuǎn)速、偏心率，以及潤(rùn)滑油中不凝結(jié)氣體含量三個(gè)重要因素對(duì)滑動(dòng)軸承剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)隨著偏心率的增大而呈非線性增大;油膜的剛度系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速