基于膜厚可变的静压推力轴承间隙油膜温度与厚度关系数值模拟方法

摘要

基于膜厚可变的静压推力轴承间隙油膜温度与厚度关系数值模拟方法，属于流体力学模拟技术领域，为了解决现有的静压推力轴承内部流体数值模拟方法因没有考虑油膜厚度的变化，导致油膜温度数值模拟结果低于实际情况的问题。建立静压推力轴承间隙油膜母模型并前处理；油膜流态数值模拟；数值模拟后导出油膜旋转壁面平均温度及指定的油膜固定壁面温度；由油膜厚度与润滑油温度的关系计算获得油膜厚度新值；判断上述步骤得到的油膜厚度新值是否小于临界油膜厚度；将新的油膜厚度作为油膜厚度初值返回然后再继续执行后面的步骤；如此循还迭代计算，直至得到的油膜厚度达到油膜厚度临界值；得出油膜最终压力场分布云图和油膜最终温度场分布云图。本发明适于静压推力轴承间隙油膜的数值模拟。

主权项

一种基于膜厚可变的静压推力轴承间隙油膜温度与厚度关系数值模拟方法，其特征在于：所述方法的具体过程为：步骤A、建立静压推力轴承间隙油膜母模型：给出油膜厚度初值，利用Unigraphics NX软件建模功能建立静压推力轴承间隙油膜母模型；步骤B、前处理：在ANSYS ICEM CFD软件中对上述步骤A生成的静压推力轴承间隙油膜母模型进行前处理，将上述静压推力轴承间隙油膜母模型所构筑的流体域网格化，并指定流体域边界条件；步骤C、CFX油膜流态数值模拟：利用ANSYS CFX软件对完成前处理的静压推力轴承间隙油膜母模型进行数值模拟：步骤C1、建立流体动力粘度μ与润滑油温度T之间的关系：设定所述流体域的流质为粘度随温度可变的润滑油，基于润滑油手册中粘温参数表的数据，利用幂函数关系式y＝axb，求出式中a、b的值，得到用以表达流体动力粘度μ与油膜温度T之间的关系的粘温函数：μ＝aTb    (1)式中：μ为润滑油动力粘度，单位为Pa·s；T为变量，表示油膜温度，单位为K；a为幂函数系数，b为幂函数指数；步骤C2、在ANSYS CFX环境导入上述式(1)，并输入或选择油膜入口温度Tin初值、油膜固定壁面温度初值、油膜入口流量Q、出口压力、旋转壁面角速度、固定壁面边界条件，然后进行模拟计算；步骤D、执行步骤C后导出油膜旋转壁面平均温度Tout及指定的油膜固定壁面温度；步骤E、由油膜厚度h与润滑油温度T的关系计算油膜厚度新值：步骤E1、建立静压推力轴承供油流量的数学模型：根据定量供油的静压 推力轴承的供油流量与油腔结构、负载、封油边结构、油膜厚度、润滑油粘度的关系，得到定量供油的静压推力轴承供油流量的数学模型为： Q = h 3 p 6 μ ( L + l B - b + B + b L - l ) - - - ( 2 ) 由式(2)可得油膜厚度h与润滑油动力粘度μ的关系为： h = 6 μQ p ( L + l B - b + B + b L - l ) 3 - - - ( 3 ) 式中：p为静压推力轴承单油腔压力，单位为Pa；μ为润滑油动力粘度，单位为Pa·s；Q为油膜入口流量，单位为m3/s；L，l，B，b为封油边有效承载的当量尺寸，分别为油垫长度、油腔长度、油垫宽度和油腔宽度，单位为m；h为油膜厚度，单位为m；联立式(1)和式(3)直接得到油膜厚度h与油膜温度T的关系： h = 6 aT b Q p ( L + l B - b + B + b L - l ) 3 - - - ( 4 ) 步骤E2、将步骤D得到的油膜旋转壁面平均温度作为油膜温度Tout代入式(4)，得到油膜厚度新值；步骤F、判断上述步骤得到的油膜厚度新值是否小于临界油膜厚度，如果不小于则执行步骤G，否则执行步骤H；步骤G、将新的油膜厚度作为油膜厚度初值返回至步骤A，而且当执行至步骤C时，将步骤D得到的油膜旋转壁面平均温度Tout作为油膜入口温度初值、将步骤D得到的数值模拟后的油膜固定壁面温度作为油膜固定壁面温度初值输入ANSYS CFX环境中，然后再继续执行后面的步骤；如此循还迭代计算，直至得到的油膜厚度达到油膜厚度临界值；步骤H、利用ANSYS CFX软件进行模拟计算，得出用以评价间隙油膜润滑性能的油膜最终压力场分布云图和油膜最终温度场分布云图。