表面织构活塞环与纳米润滑油协同润滑机理研究

作     者：朱世新 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶晓明

授予年度：2019年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：活塞环-缸套 表面织构 纳米润滑油 数值仿真 协同润滑 

摘      要：随着国家节能减排措施的深入推进,对内燃机能源效率和排放标准提出了更高要求。活塞环-缸套是内燃机中最重要的摩擦副,其润滑性能好坏将对内燃机的动力性、经济性以及可靠性产生直接的影响。因此,开展活塞环润滑性能的研究对提高内燃机整机效率、增加可靠性、延长使用寿命均具有重要的意义。本文基于平均Reynolds方程,建立了单列织构活塞环-缸套摩擦副流体动压润滑数值模型。在模型中考虑了Reynolds出口边界条件、微凸体接触模型、活塞环动力学模型、织构活塞环油膜厚度模型及纳米润滑油流变特性模型等。通过试样制备开展了相关的实验验证。测试结果与仿真结果具有较好的一致性,验证了所建数值模型的正确性与计算精度。在此基础上,以某型汽油机第一道活塞环为研究对象,开展了标定工况下表面织构与纳米润滑油对活塞环润滑性能影响的研究。研究结果表明,表面织构在活塞环与缸套之间形成了多个油楔,提供一定的承载能力,能有效促进流体动压润滑。但由于有效接触面积的减小会导致磨损增加;纳米颗粒的加入增加了润滑油粘度与密度,减小磨损,但同时也会导致流体粘性剪切力的增加。基于上述研究结果,进一步对表面织构参数进行优化,进而研究表面织构与纳米润滑油之间协同作用。研究结果表明,为了减小摩擦磨损,纳米颗粒浓度应控制在一定范围内,并且存在最优的协同润滑模型。本文引入表面织构和纳米润滑油,并首次考虑两者之间的协同润滑关系,所开展的研究工作为提高活塞环摩擦润滑性能提供了新的思路。