文档介绍：
考虑剪切速率影响的滑动轴承气油两相流
润滑特性研究#
杨华蕊,王晓力,张玉言,杜晋芳**
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(北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081)
摘要:在实验所构建的气油两相流本构方程的基础上,结合空化算法,建立了滑动轴承气油
两相流润滑模型,通过数值求解研究了不同剪切速率下气体体积分数对滑动轴承润滑性能的
影响。结果表明:随着初始气体体积分数的增加,滑动轴承空化区范围减小,油膜完整区向
轴承下游方向移动;油膜压力最大值、轴承承载力、摩擦力及端泄流量在低剪切速率范围内
增大,在高剪切速率范围内减小,而在中剪切速率范围内先增大后减小。
关键词:滑动轴承;气油两相流;本构方程;空化算法;质量守恒边界条件
中图分类号:
Study on the Bubbly Lubrication of Journal Bearings
Considering Shear Rates
YANG Huarui, WANG Xiaoli, ZHANG Yuyan, DU Jinfang
(School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology,Beijing 100081)
Abstract: In this paper the lubrication model of journal bearings lubricated with bubbly oil is
developed based on the constitutive equation constructed by rheological experiment and the
cavitation algorithm. The effects of air volume fraction on the bearing performance at various
shear rates are analyzed numerically. The results show that as the initial volume fraction increases,
the cavitation zone shrinks, and the location of the full film zone shifts towards downstream of
bearing. Moreover, maximum pressure, load capacity, friction force and leak flow increase
slightly at lower shear rates, decline obviously at higher shear rates, but increase to a peak and
then decrease at intermediate shear rates when the initial volume fraction increases.
Key words: journal bearing; bubbly oil; constitutive equation; cavitation algorithm; mass
conserving boundary conditions
0 引言
在高转速传动中,滑动轴承处于高剪切速率工况下。然而目前建立的气油两相流润滑模
型仅限于低剪切速率范围,且气油两相流对轴承润滑特性的影响现存的结论相互矛盾。
Hayward[1]通过毛细管黏度测试实验获得了气油两相流的黏度模型。Nikolajsen[2]提出了中低
剪切速率下气油两相流的黏度和密度分析模型,考虑了表面张力的作用,提出含气率增加,
粘度增加,并提出轴承承载力随含气率的增加而增大。Camniprasart 等[3]认为气油两相流是
非牛顿流体,利用连续介质理论对 Reynolds 方程进行修正,得出含气率增加,油膜压力增
加,但当含气率很大时,润滑剂表现为气体,压力减小,但该方法只在气泡较小时才适用。
Chun[4]采用 Nikolajsen[2]的两相流粘度和密度模型对高速轴承进行了 THD 研究,其结果表明
含气润滑油能够明显提高轴承的承载力。Choi 等[5]采用 Hayward[1]的黏度模型分析了表面张
力、气泡半径和气体体积分数对轴承承载能力的影响,得出了临界气体体积分数的存在。
基金项目:国家自然科学基金(51275046);高等学校博士学科点专项科研基金(20121101110015);北京自然
科学