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

1、在大型旋轉(zhuǎn)機械中，由于油潤滑滑動軸承承載能力高、使用壽命長、加工維修方便，因而被廣泛應(yīng)用。潤滑油作為聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)動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)的進步，研究者發(fā)現(xiàn)潤滑油在軸承微小流道間隙(其尺寸量級為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)，這種微觀的流動特性直接決定著軸承宏觀動靜力學(xué)特性，并影響著設(shè)備的運行性能。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從流體空

2、化、空化泡演化的動力特性的角度出發(fā)，建立空化兩相流數(shù)值計算模型，該模型結(jié)合N-S方程和空泡動力學(xué)中的R-P模型，求解滑動軸承空化流場，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;在空泡動力學(xué)方面，借助空泡動力學(xué)方程，研究了空泡處在變壓力場中（包括線性變化、正弦變化以及滑動軸承油楔發(fā)散區(qū)域壓力場）演化特性;同時，結(jié)合徑向滑動軸承的流體動力

3、潤滑理論，建立了滑動軸承油膜空化流場的數(shù)值求解模型;通過有限差分法、CFD模型以及文獻中所給模型的求解結(jié)果對比，可以驗證本文CFD數(shù)值求解模型的合理性。
　　提出了滑動軸承空化流場特性影響因素作用機理模型;并采用空化兩相流數(shù)值計算模型，進一步分析了潤滑油的物性參數(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)（長徑比、間隙）對軸承流道間隙的空化流場特性、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軸承的動壓效應(yīng)以及空化效應(yīng)，而且這兩者通過一定的“反饋機制”相互制約，進而影響流場特性和靜力承載特性。
　　同時，借助于CFD求解流體空化流場特性方面的優(yōu)勢，采用自定義程序和動網(wǎng)格技術(shù)，可以通過微擾動方法求解滑動軸承的動力特性系數(shù)。并進一步研究了轉(zhuǎn)速、偏心率，以及潤滑油中不凝結(jié)氣體含量三個重要因素對滑動軸承剛度系數(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