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粗糙度模式对硬盘气膜承载特性的影响

工程力学 2012年第8期29卷 313-318页

作者：史宝军季家东杨廷毅山东建筑大学机电工程学院济南250101 山东大学机械工程学院济南250061

当前硬盘中磁头磁盘之间气膜的厚度已经接近或低于分子平均自由程,在这种情况下表面粗糙度及气体稀薄效应的影响不容忽视。应用最小二乘有限差分法,求解考虑气体稀薄效应并引入压力流因子和剪切流因子的量纲一雷诺方程,研究了不同粗糙... 详细信息

当前硬盘中磁头磁盘之间气膜的厚度已经接近或低于分子平均自由程,在这种情况下表面粗糙度及气体稀薄效应的影响不容忽视。应用最小二乘有限差分法,求解考虑气体稀薄效应并引入压力流因子和剪切流因子的量纲一雷诺方程,研究了不同粗糙度模式下硬盘超低飞高(1nm 2nm)气膜的承载特性。数值结果表明:粗糙度模式对超低飞高气膜压力分布及承载力的影响较大,而对压力中心的影响较小;在各种粗糙度模式情形下,磁头取横向粗糙度模式时,可使气膜压力分布升高,并提高气膜的承载力。

关键词：机械设计及理论期刊论文数值模拟气膜雷诺方程表面粗糙度承载力

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换热器内弹性管束流体组合诱导振动响应的数值分析

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西安交通大学学报 2015年第9期49卷 24-29页

作者：季家东葛培琪毕文波山东大学机械工程学院济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061

为了探讨换热器内弹性管束在流体诱导下的振动特性,采用流固耦合的弱耦合法,研究了弹性管束在不同流速的壳程和管程两场流体组合诱导下的振动响应,并对比分析了壳程流体和管程流体对弹性管束振动响应的影响。研究表明:当壳程和管程流速... 详细信息

为了探讨换热器内弹性管束在流体诱导下的振动特性,采用流固耦合的弱耦合法,研究了弹性管束在不同流速的壳程和管程两场流体组合诱导下的振动响应,并对比分析了壳程流体和管程流体对弹性管束振动响应的影响。研究表明:当壳程和管程流速一定时,弹性管束两监测点各方向的振动主频、谐频大小一致,且振动主要体现为面内振动。壳程流速较低时,监测点沿壳程流速方向的位移曲线存在明显的二倍谐频。壳程流速变化对管束振动响应的影响较大,管程流速变化对管束振动响应的影响较小,说明弹性管束的振动主要由壳程流体引起。由于流体的冲击和管束重力的影响,当壳程流速较低时,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置较低,随着流速的增加,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置逐渐上移。

关键词：弹性管束换热器流固耦合流体诱导振动

表面粗糙度对硬盘超低飞高气膜静态特性的影响

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机械工程学报 2011年第11期47卷 93-99页

作者：史宝军季家东杨廷毅山东建筑大学机电工程学院济南250101

硬盘(Hard disk drives,HDDs)是当前信息存储的主要器件,它的尺寸越来越小、容量越来越大,磁头的飞行高度越来越低。基于考虑气体稀薄效应修正Reynolds方程的线性流比(Linearized flow rate,LFR)模型,采用一种无网格法——最小二乘有限... 详细信息

硬盘(Hard disk drives,HDDs)是当前信息存储的主要器件,它的尺寸越来越小、容量越来越大,磁头的飞行高度越来越低。基于考虑气体稀薄效应修正Reynolds方程的线性流比(Linearized flow rate,LFR)模型,采用一种无网格法——最小二乘有限差分(Least square finite difference,LSFD)法,求解引入压力流因子和剪切流因子的量纲一雷诺方程,并且研究表面粗糙度对硬盘超低飞高(1～2 nm)气膜静态特性的影响。数值结果表明,表面粗糙度对超低飞高气膜压力分布和承载力的影响较大,而对压力中心的影响较小;飞行高度越低和/或表面粗糙度值越大,对压力分布及承载力的影响越明显;在粗糙度值相同的条件下,仅磁头粗糙且取横向粗糙度时,系统压力分布最高,气膜承载力最大;各种情况下,表面粗糙度对压力中心的变化影响不大,说明磁头飞行比较平稳,系统稳定性较好;另外,基于LFR模型研究表面粗糙度对硬盘气膜静态特性的影响,不仅数值结果精度高,并且具有很高的计算效率。

关键词：硬盘存储器雷诺方程表面粗糙度气膜无网格法

硬盘纳米间隙气膜润滑的新模型及其静态特性研究

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硬盘纳米间隙气膜润滑的新模型及其静态特性研究

作者：季家东山东建筑大学

学位级别：硕士

硬盘是当前数据存储的主要途径,并且它的尺寸持续减小、容量逐步增大、成本逐渐降低。随着磁记录密度的不断增加,硬盘中磁头与磁盘间的距离也已经减小到只有几个纳米。在这样小的间隙中,气膜中的气体不能看作严格的连续流体,传统的润滑... 详细信息

硬盘是当前数据存储的主要途径,并且它的尺寸持续减小、容量逐步增大、成本逐渐降低。随着磁记录密度的不断增加,硬盘中磁头与磁盘间的距离也已经减小到只有几个纳米。在这样小的间隙中,气膜中的气体不能看作严格的连续流体,传统的润滑理论不再适用,必须要考虑气体稀薄效应的影响。为了准确模拟超薄气膜的压力分布,需要考虑气体稀薄效应及表面粗糙度等对Reynolds方程进行修正。本文基于当前广泛应用的Reynolds方程的FK模型,推出四种模拟超薄气膜润滑的简化新模型：连续FK(Continuous FK, CFK)模型、二阶FK(Second order FK, SOFK)模型、简化FK(Simplified FK, SFK)模型和高精度二阶(Precise second order, PSO)模型。采用最小二乘有限差分(Least square finite difference, LSFD)法分别对四种新模型进行了求解,并将计算结果与FK模型的计算结果进行了对比。数值结果表明,CFK模型是在不影响模拟精度的基础上修正了FK模型分段处具有较大误差的缺陷;SOFK模型和PFK模型与FK模型相比,均在不影响模拟精度的基础上,提高计算效率;PSO与FK模型相比,计算时间短、计算精度高。此外,基于所建立的四种新模型,模拟分析了几种典型二维浮动块的压力分布等气膜静态特性。基于考虑气体稀薄效应修正Reynolds方程的简化PSO模型,采用LSFD法,求解了引入压力流因子和剪切流因子的量纲一Reynolds方程,并且研究了表面粗糙度对硬盘超低飞高(1-2纳米)气膜静态特性的影响。数值结果表明：粗糙度对超低飞高气膜压力分布和承载力的影响较大,而对压力中心的影响较小;飞行高度越低和／或粗糙度值越大,对压力分布及承载力的影响越明显;在粗糙度值相同的条件下,仅磁头粗糙且取横向粗糙度时,系统压力分布最高,气膜承载力最大;各种情况下,表面粗糙度对压力中心的变化影响不大,说明磁头飞行比较平稳,系统稳定性较好;另外,基于PSO模型研究粗糙度对硬盘气膜静态特性的影响,不仅数值结果精度高,并且具有很高的计算效率。表面容纳系数(Accommodation coefficient, AC)是影响磁头／磁盘静态特性的重要因素。本文从Poiseuille流比和Couette流比的多项式对数方程出发,推出了一种模拟硬盘超薄气膜的简化分子气膜润滑(Molecular gas film lubrication, MGL)方程。通过LSFD法对简化的MGL方程进行求解,研究了表面容纳系数对硬盘超低飞高(1nm)气膜静态特性的影响。数值结果表明：对称性分子交互作用时,表面容纳系数对气膜静态特性的影响明显;非对称性分子交互作用时,磁盘表面容纳系数对浮动块气膜静态特性的影响较大,而浮动块表面容纳系数的影响较小。此外,研究了自由分子区域内表面容纳系数对气膜静态特性的影响,结果表明,通过调节浮动块表面的容纳系数,可以在不影响气膜压力分布分布的同时,改变气膜的剪力分布。

关键词：硬盘气体稀薄效应 Reynolds方程表面粗糙度容纳系数静态特性

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流体诱导弹性管束振动响应数值分析

振动与冲击 2016年第6期35卷 80-84,95页

作者：季家东葛培琪毕文波山东大学机械工程学院济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061

基于流固耦合问题的弱耦合法,研究弹性管束不同流速的壳程或/和管程流体诱导下的振动响应。研究表明,流体诱导振动幅值随壳程或/和管程流速的增加而增加。与相同管程流速条件相比,壳程流体引起的振幅较大。随壳程流速增加监测点振动频... 详细信息

基于流固耦合问题的弱耦合法,研究弹性管束不同流速的壳程或/和管程流体诱导下的振动响应。研究表明,流体诱导振动幅值随壳程或/和管程流速的增加而增加。与相同管程流速条件相比,壳程流体引起的振幅较大。随壳程流速增加监测点振动频率增加;随管程流速增加监测点振动频率基本不变。壳、管程流体耦合诱导的振动位移曲线与仅壳程流体诱导的振动位移曲线类似,说明弹性管束工作过程中的振动主要由壳程流体诱导。流体诱导的振动频率接近管束第一阶固有频率时,监测点在y,z方向振幅逐渐趋于峰值。流体诱导弹性管束的振动主要表现为面内振动。

关键词：换热器弹性管束振动响应流固耦合

磁盘速度与容纳系数对硬盘气膜静态特性的影响

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机械工程学报 2012年第23期48卷 95-101页

作者：史宝军季家东杨廷毅于慧山东建筑大学机电工程学院济南250101 山东大学机械工程学院济南250061

随着硬盘(Hard disk drives,HDDs)中浮动块与磁盘间飞行高度的降低,气体分子与磁头/磁盘间的交互作用逐渐增强,磁盘速度及容纳系数(Accommodation coefficients,ACs)对气膜承载特性的影响越来越重要。采用一种无网格法—最小二乘有限差... 详细信息

随着硬盘(Hard disk drives,HDDs)中浮动块与磁盘间飞行高度的降低,气体分子与磁头/磁盘间的交互作用逐渐增强,磁盘速度及容纳系数(Accommodation coefficients,ACs)对气膜承载特性的影响越来越重要。采用一种无网格法—最小二乘有限差分(Least square finite difference,LSFD)法,对简化的分子气膜润滑(Molecular gas film lubrication,MGL)方程进行求解,研究了磁盘速度、磁头和磁盘表面ACs对HDDs超低飞高气膜静态特性的影响。数值结果表明:对称性分子交互作用时,磁头和磁盘表面ACs对气膜静态特性的影响明显;非对称性分子交互作用时,磁盘表面ACs对气膜静态特性的影响较大,而磁头/浮动块表面ACs的影响较小;不同ACs条件下,随着磁盘速度或最小飞行高度的增加,压力幅值点位置的变化较均匀。

关键词：硬盘存储器分子气膜润滑方程容纳系数气膜无网格法

采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应

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西安交通大学学报 2018年第3期52卷 69-75页

作者：季家东葛培琪毕文波刘萍安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 山东大学机械工程学院济南250061

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的... 详细信息

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性;提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明:在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差;大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大;当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强;当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。

关键词：换热器弹性管束流体诱导振动振动响应

基于组合边界条件的固体材料热扩散系数测试方法

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上海交通大学学报 2024年第8期58卷 1201-1210页

作者：陈清华吴佳乐陆育季家东刘萍安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院安徽芜湖241003 安徽理工大学矿山智能装备与技术省重点实验室安徽淮南232001

提出了一种组合边界条件下结合传热反问题思想测算固体材料热扩散系数的方法.建立了正问题理论模型,基于有限体积法和交替方向隐式方法的思想利用MATLAB软件对正问题温度场进行数值求解,利用共轭梯度法结合软件编程求解反问题,反演得到... 详细信息

提出了一种组合边界条件下结合传热反问题思想测算固体材料热扩散系数的方法.建立了正问题理论模型,基于有限体积法和交替方向隐式方法的思想利用MATLAB软件对正问题温度场进行数值求解,利用共轭梯度法结合软件编程求解反问题,反演得到材料的热扩散系数.设计了实验方案并搭建了完整的测试系统,利用测试装置对亚克力板(PMMA)、硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石3种材料进行了综合实验,结果表明导热系数测试结果与文献值的最大相对偏差为3.45%,小于5%,验证了测试方法和装置的可行性与准确性.进一步对PMMA热扩散系数实验的不确定度进行了分析,得到扩展不确定度为4.86%,处于较低水平,说明实验数据可靠,测试方法科学.

关键词：固体材料对流边界组合边界热扩散系数传热反问题

加装螺旋导流板的双层铜管换热器传热性能分析

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 114-123页

作者：孙亚茹李德权季家东华子森安徽理工大学数学与大数据学院安徽淮南232001 安徽理工大学人工智能学院安徽淮南232001 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能,通过在换热器内加装螺旋形导流板,采用双向流固耦合计算方法,分析了不同入口流速和导流板安装位置下对换热器内部双层SCT的振动和传热性能的影响。数值结果表明:双层SCT换热器外层SCT的振动强... 详细信息

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能,通过在换热器内加装螺旋形导流板,采用双向流固耦合计算方法,分析了不同入口流速和导流板安装位置下对换热器内部双层SCT的振动和传热性能的影响。数值结果表明:双层SCT换热器外层SCT的振动强度明显高于内层;无振动时内层SCT的传热系数高于外层,有振动时外层SCT的传热系数高于内层;随着入口流速增加,内外层SCT的振幅均增大,传热系数提高;导流板的安装位置会直接影响SCT的振动和传热特性,且在SCT呈现最大振动强度和最佳传热性能时的安装位置并不相同;对比振动强化传热参数Q PEC和综合传热性能因子R JF发现,双层SCT换热器的Q PEC和R JF均高于单层,两螺旋导流板分别安装在换热器的左、下位置时,Q PEC最大,安装在换热器的左、上位置时,R JF最大且比安装在左、下位置时最高增大了7.99%。该研究可为高性能SCT换热器的设计提供理论和数据支撑。

关键词：螺旋铜管换热器螺旋导流板综合传热性能振动强化传热