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基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

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润滑与密封 2024年第1期49卷 15-23页

作者：郭良斌吴永良武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的... 详细信息

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明:2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。

关键词：高压圆盘气体轴承共轭传热对流换热温度场热流密度

基于Workbench的高压圆盘气体轴承三维流场分析

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润滑与密封 2023年第4期48卷 22-29页

作者：郭良斌吴永良武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

为了取得高压圆盘气体轴承的完整三维流场,基于Workbench仿真软件对高压圆盘气体轴承进行三维建模仿真,得到整个流道及圆盘缝隙射流区的流场参数分布;将三维模型的气膜对称面与轴承圆盘、稳流管的轴对称面相交,截得气膜对称线;分析气膜... 详细信息

为了取得高压圆盘气体轴承的完整三维流场,基于Workbench仿真软件对高压圆盘气体轴承进行三维建模仿真,得到整个流道及圆盘缝隙射流区的流场参数分布;将三维模型的气膜对称面与轴承圆盘、稳流管的轴对称面相交,截得气膜对称线;分析气膜对称线上的流场参数分布,并将其与二维简化模型流场计算结果进行对比,同时验证2种建模分析方法的有效性。结果表明:2种建模分析方法得到的气膜内马赫数和静压分布的变化规律一致,即在绝大部分气膜区域能保持高压,仅在气膜出口处很窄的范围内压力快速下降,同时在气膜出口附近形成超音速圆盘缝隙射流,使上游气膜内高压不受下游环境低压的影响;不同湍流强度对高压圆盘气体轴承内流场的静压无明显影响,但对缝隙射流区及气流远场区域的马赫数有着小幅影响。

关键词：高压圆盘气体轴承三维气膜流场马赫数静压二维简化模型

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高压圆盘气体轴承的参数设计及静特性研究

高压圆盘气体轴承的参数设计及静特性研究

作者：张雄威武汉科技大学

学位级别：硕士

采用双对称收缩段供气的高压圆盘气体轴承设计了导引气流的双对称收缩段,使得间隙入口的气流保持相当好的平稳性,实现了轴承内部的稳定流动,理论上可以克服采用节流器结构的静压气体轴承供气压力低、承载力小等缺点。本文借鉴平行圆盘... 详细信息

采用双对称收缩段供气的高压圆盘气体轴承设计了导引气流的双对称收缩段,使得间隙入口的气流保持相当好的平稳性,实现了轴承内部的稳定流动,理论上可以克服采用节流器结构的静压气体轴承供气压力低、承载力小等缺点。本文借鉴平行圆盘径向流动的边界层发展规律,通过对轴承边界层发展规律的分析,确定了适合高压圆盘气体轴承的速度分布律,并以此初步确定了轴承的主要结构参数,研究了轴承的静态特性。本文的主要研究内容如下:1.在简化的不可压缩条件下,通过柱坐标下的边界层动量积分式,考虑轴承的进口段效应,得到了轴承间隙内部边界层厚度的发展规律,之后的数值仿真结果验证了该方法的可行性;在此基础上确定了适于高压圆盘气体轴承的速度分布律。2.利用CFD流场分析软件对高压圆盘气体轴承的内部流场进行数值模拟,通过对内部流场的分析初步确定了轴承主要结构参数的设计方法。3.对于尺寸确定的高压圆盘气体轴承,利用CFD流场分析软件对轴承的内部流动进行分析,分析了高压圆盘气体轴承的压力分布、承载力以及质量流量特性。结果表明,边界层对间隙内部气流流动的影响十分明显,采用文中方法能比较好的确定轴承的主要尺寸参数;高压圆盘气体轴承相较于节流式气体轴承,打破了供气压力的限制,承载力得到了明显提高。

关键词：高压圆盘气体轴承速度分布律边界层参数设计静态特性

热流密度对平行圆盘间隙中一维可压缩流动影响分析

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液压与气动 2024年第1期48卷 56-62页

作者：李玉立郭良斌武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

以高压圆盘气体轴承平行间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化、壁面摩擦和热量输入时,通过理论推导及程序编制,利用数值计算方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数、静温和静压的分布规... 详细信息

以高压圆盘气体轴承平行间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化、壁面摩擦和热量输入时,通过理论推导及程序编制,利用数值计算方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数、静温和静压的分布规律。结果表明:对于一维模型而言,气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势,静温始终呈现上升的趋势,静压呈现先上升再缓慢下降的趋势;在整个平行气膜间隙中,热量的输入会导致马赫数下降的速率减缓,当热流密度不大时,马赫数受热量输入的影响很小,而热流密度较大时,热量输入对马赫数有较明显的影响;静温受热量输入的影响很大,且热流密度越大,温度上升的越明显,静压受热量输入的影响很小。

关键词：高压圆盘气体轴承平行间隙一维定常流动热流密度数值计算方法

摩擦对平行圆盘间隙中一维可压缩流动的影响分析

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机床与液压 2024年第9期52卷 81-86页

作者：郭良斌李玉立武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

以平行圆盘间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化和壁面摩擦时,通过理论推导及程序编制,利用预估-校正方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数及摩擦因数的分布规律。结果表明:对于一维模... 详细信息

以平行圆盘间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础,在考虑平行圆盘间隙内面积变化和壁面摩擦时,通过理论推导及程序编制,利用预估-校正方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数及摩擦因数的分布规律。结果表明:对于一维模型而言,气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势,摩擦因数始终呈现上升的趋势,但摩擦因数在整个平行圆盘间隙中变化很小;对于不同材料的轴承圆盘,由于精加工工艺的不同会导致壁面相对粗糙度发生变化,进而使壁面摩擦因数发生显著变化,即摩擦因数受到相对粗糙度的影响很大;在计算过程中采用平均摩擦因数可得到相似的计算结果,并满足计算精度要求。

关键词：高压圆盘气体轴承一维绝热定常流动预估-校正法马赫数摩擦因数