基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究
静压止推气体轴承性能仿真
静压止推气体轴承性能仿真
黄灏;刘品宽;董泽光
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2010(027)003
【摘要】运用计算流体力学软件FLUENT仿真静压止推气体轴承性能,分析轴承的几何参数对系统性能的影响.采用不同几何参数的静压止推气体轴承的气膜建模并划分网格;运用FLUENT软件对轴承的气膜流场进行数值仿真,计算轴承在不同几何参数下的承载能力和气体流量.仿真结果表明静压止推气体轴承的节流孔直径和气膜厚度越小,气腔直径越大,轴承的承载能力和气膜刚度越好,同时气腔深度对轴承性能影响较小.FLUENT软件可以有效的应用于静压止推气体轴承的性能分析,而优化了静压止推气体轴承的设计,达到优化效果.
【总页数】5页(P340-343,361)
【作者】黄灏;刘品宽;董泽光
【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200240【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35
【相关文献】
1.含均压槽静压止推气体轴承的气膜特性 [J], 皮骏;严国鑫;黄华
2.径向止推静压气体轴承流场特性仿真分析 [J], 马文琦;刘洋
3.双排孔静压止推气体轴承数值模拟 [J], 徐磊磊; 杨光伟; 阳红; 钟良
4.基于Fluent的单排孔静压止推气体轴承数值模拟 [J], 吴星宇;钟良;徐磊磊
5.双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究 [J], 刘锐;吴星宇;刘鑫莲;钟良因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于fluent的轴径流压气机性能影响的仿真研究
基于fluent的轴径流压气机性能影响的仿真研究发布时间：2021-07-08T07:57:49.821Z 来源：《中国科技人才》2021年第11期作者：齐鲲鹏1 刘俊1 赵永胜1 王彦斌2[导读] 单级径流压气机受限于材料的原因，转速不能过高，所以限制了单级径流压气机的压比。
为了在保证相同的转速下提高压比，采用轴径流组合式压气机的方案。
1.大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连 116028；2.大同北方天力增压技术有限公司技术中心山西大同 037000摘要：单级径流压气机受限于材料的原因，转速不能过高，所以限制了单级径流压气机的压比。
为了在保证相同的转速下提高压比，采用轴径流组合式压气机的方案。
本文首先根据压气机气动设计原则，对轴流部分进行结构设计，并分别使用CATIA三维建模软件和径流叶轮机械设计软件CFturbo进行建模。
然后利用Fluent软件对轴径流压气机内部流场进行了计算分析，并对不同导叶安装角下轴径流压气机的特性变化进行了对比分析。
仿真结果表明，轴径流压气机的压比相较于单级径流压气机的压比提高了1.3倍，在适当改变径流压气机进口导叶的安装角度，径流压气机的进口处产生了预旋，从而保证压气机的效率满足设计要求。
关键词：压气机；建模；流场分析Fluent-based simulation study on the influence of axial-radial compressor performanceZHAO Yongsheng1，QI Kunpeng1，LIU Jun1，WANG Yanbin2（1. School of Locomotive and Rolling Stock Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，Liaoning；2. Technology Center of Datong North Tianli Turbocharging Technology Co.，Ltd.，Datong，Shanxi 037000）Abstract：The single-stage radial flow compressor is limited by the material，and the speed cannot be too high，so the pressure ratio of the single-stage radial compressor is limited. In order to increase the pressure ratio while ensuring the same speed，a combined axial-radial flow compressor is adopted. In this paper，first，according to the aerodynamic design principle of the compressor，the axial flow part is designed，and the CATIA three-dimensional modeling software and the radial flow impeller mechanical design software CFturbo are used for modeling. Then，Fluent software was used to calculate and analyze the internal flow field of the axial radial flow compressor，and the characteristic changes of the axial radial flow compressor under different guide vane installation angles were compared and analyzed. The simulation results show that the pressure ratio of the axial-radial flow compressor is 1.3 times higher than that of the single-stage radial flow compressor. When the installation angle of the inlet guide vane of the radial flow compressor is appropriately changed，pre-rotation occurs at the inlet of the radial flow compressor.，So as to ensure that the efficiency of the compressor meets the design requirements.Keywords：compressor；modeling；flow field analysis随着人类活动范围的不断扩大，车辆所遇到的工况也变得愈发复杂，比如高原上气压低，氧气含量少等恶劣环境，使得发动机的功率下降，性能受到很大的影响。
不同压力腔的气体静压轴承静特性的数值模拟
不同压力腔的气体静压轴承静特性的数值模拟孔中科;陶继忠【摘要】气体静压轴承以其低摩擦、高精度成功应用于高精密回转运动台,其定位精度已达到纳米级水平,达到了物理极限,因此压力腔形状对气体静压轴承的影响无法忽略.通过CFD数值模拟,研究了不同压力腔形状对气体静压轴承静态性能的影响.针对矩形压力腔、圆形压力腔和锥形压力腔,研究分析了气膜内压力分布、气体质量流量和承载力等静态性能.结果表明:相同的条件下,锥形压力腔承载力较大,且压力腔内部气旋强度较弱,比较适合应用于高压重载的场合.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】4页(P16-18,21)【关键词】气体静压轴承;静态性能;压力腔形状【作者】孔中科;陶继忠【作者单位】中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TH133.31 引言由于气体静压轴承具有摩擦功耗低、使用寿命长、运行稳定等优点，因此其在工业领域得到广泛的应用。
随着气体静压轴承应用范围的扩大，对轴承承载力的要求也越来越高。
针对小孔节流气体静压轴承，为增大轴承的承载力，往往需要在节流口出口开设压力腔，压力腔的存在增大了气体静压轴承的承载力特性，同时压力腔却增加了气体静压轴承的气容比，导致其不稳定性增强，因此研究不同的压力腔形状对轴承静态性能的影响，对于获取高承载力和稳定性的气体静压轴承意义重大。
1978 年，Salem EA 和 Shawky MA[1]研究了带有矩形压力腔的气体轴承参数对气体静压轴承性能的影响，指出节流孔出口附近分布压力、轴承的承载力和质量流量均得以提高。
San Andre’s L和Velthuis J[2]应用气体流动不可压缩层流模型，研究了带压力腔的气体轴承的压力分布。
Kassab SZ[3]等在1997年通过实验研究带矩形压力腔的气体静压轴承的性能，发现节流口出口附近的气膜区域存在压力陡降的现象，供气压力的提高会大大提高矩形腔内的压力分布，却可能降低气膜区域的承载力。
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究高速精密机床是加工机械产品的主要工具,其性能的优劣直接决定着机械产品的质量,而精密机床的核心部件是电主轴。
在电主轴的支撑方式中,气体静压轴承随着流体润滑理论以及流体力学的发展和完善,其承载力和刚度得到提高,可以满足精密加工的需要,因此成为精密加工设备和测试设备主轴中的主要支撑方式。
本文结合现有的狭缝节流器及孔式节流器的优缺点,提出一种微孔节流器,它属于孔式节流的范畴,但突破了传统小孔节流器的结构形式,在节流孔的出口处不设置气腔,均为通孔,同时结合了狭缝节流器的节流特性,在保证轴承刚度的基础上,增加供气孔数量,改善压力分布状态,进而提高轴承的特性。
根据小孔节流和环面节流的物理模型,建立微孔节流的物理模型。
依据气体轴承理论中的的雷诺方程,N-S方程、流体力学的运动方程、状态方程以及连续方程等推导出求解微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的数学方程,并利用有限差分法对推导的微孔节流气体静压止推轴承的静态方程进行差分,并利用MATLAB进行编程求解。
根据微孔节流气体静压止推轴承的物理模型,利用Solidworks软件、Gambit软件以及ICEM CFD软件等对微孔节流气体静压止推轴承进行仿真模型的建立、网格的划分,并利用Fluent软件对模型进行求解。
利用上述两种方法对轴承的供气压力、气膜厚度、供气孔数目、无量纲供气孔分布半径以及供气孔直径等对轴承的动、静态特性的影响规律进行研究,并对微孔节流气体静压止推轴承与狭缝节流、小孔节流以及环面节流气体静压止推轴承在相同的工作参数和结构参数的静态特下性进行对比分析,最后利用正交试验法和灰色理论对微孔节流气体静压止推轴承进行优化。
根据仿真优化结果,设计、加工并制造微孔节流气体静压止推轴承,并用精密测量仪器对加工的轴承进行关键结构的测量,设计并搭建气体轴承动静态特性实验平台,在实验平台对轴承的静态特性,包括轴承的静承载力、静刚度和轴承的动态特性,包括轴承模态、稳定性进行实验分析。
静压止推气体轴承性能分析
计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性 联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、 传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。 计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大 程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的 影响。不但如此，计算流体力学还能够处理一些实验和理论分析都难以解决的问题。 NASA 曾经研究一种新型飞机(Aerospace Plane)，这种飞机将以 20 倍音速以上的速度 飞行。因为这样的马赫数远远超过现在风洞的能力，所以无法使用风洞实验满足研究
空气静压轴承动态性能仿真研究
第3"卷第5期有色金属材料与工程NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol.38 No.5 2017文章编号：2096-2983 (2017) 0*-0280-06D01：10.13258/ki.nm m e.2017.05.006空气静压轴承动态性能仿真研究王昊(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)摘要：空气静压轴承具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.以孔式节流空气静压轴承作为研究对象，利用建模软件，建立孔式节流空气静压轴承三维实体计算模型.通过计算流体动力学（CFD)原理，对该模型网格划分后模拟仿真轴承在一定偏心率下的旋转状态，计算并得出气膜压力分布图，分析其在不同供气压强和不同旋转速度对轴承承载力的影响，并得出影响轴承承载力因素的变化曲线.研究结果对孔式节流空气静压轴承结构设计优化具有可靠性的指导意义.关键词：空气静压轴承％孔式节流％供气压强％旋转速度％承载力中图分类号：TH133 文献标志码：ADynamic Performance Simulation of Air Static Pressure BearingWANG Hao(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology^ Shanghai 200093, China)A bstract：Air bearing has less friction than the other bearings. Moreover,it has a smooth opeservice life,high precision rotary and no environmental pollution, etc. In this paper, a three-dimens model is established to simulate the holes throttle air bearing. The model is meshed into the unstructuredgrid and the simulation results are obtained. Simulation results of bearing in rotating state is analyzed andstudied under the influence of gas pressure and rotating speed. The air film pressure dist aerostatic bearing is obtained based on the results of the CFD. Finally, the paper summarizes the influenceof the corresponding factors on the bearing capacity.Keywords：air static b earing；hole type throttle；inlet pressure；rotating speed；bearing capacity空气静压轴承利用空气作为润滑剂，从外界提 供压缩空气，经过压缩的气体经节流孔进入轴承间 隙，在主轴与轴承表面形成可压缩的气膜层，并起负 载作用.由于空气黏度很低，摩擦力几乎不存在，因此空气轴承几乎消除了由摩擦力产生的阻力和磨 损，所以更适用于高速和高精度设备.较之其他轴承 具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.:2/，在航空、航天以及精密测 量和超精密加工设备中得到广泛应用3.提供足够 的承载力和稳定性的最关键的问题在于这些轴承的 设计[4:7]，因此气体轴承已成为精密轴承的一个重 要发展方向.近年来国内外对其进行了很多研究，段明德 等[8]通过建立空气静压轴承三维模型，仿真分析旋收稿日期：2017-03 - 08作者简介：王昊（1990—），男，硕士研究生.研究方向：静压轴承.E-mail: 740320796@qq. com第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究281转工作状态的轴承，得出进气压力、轴承转速与气模 厚度对空气轴承承载能力及需气量带来的影响' Zhu M等对超精密空气静压轴承的瞬态流动特性进 行了研究.为了捕捉湍流结构和波动，利用L E S方 法数值计算轴承间隙的瞬态流场，对轴承间隙涡结 构和压力波动进行了分析.R enn等[17]研究空气静 压轴承孔型节流器对质量流量特性的影响，并进行 了一系列的模拟和试验.结果表明，通过孔口的质量 流量特性与通过喷嘴的质量流量特性不同.空气静压轴承处于低转速工作时，表现为静压 效应;但当轴承高速旋转工作时，由于摩擦有相对运 动，故亦会产生动压效应.当动压效应达到一定程度 时，轴承成为动静压混合轴承，由原本静压空气转变 为动压静压混合空气轴承，变为动静压混合润滑工 作.考虑到动静压混合状态空气流动情况，本研究使 用计算流体动力学(CFD)的方法17:12，在数值模拟 计算基础上分析动静压效应.通过数值模拟的方法 求得比较精确的近似解，在实际工作时，空气在气体 轴承间隙流动是较为复杂的三维流场，因此使用三 维模型更容易得到精确的结果.其他研究一般地都 没有考虑到节流孔进口处的压力分析.本文通过模 拟得出了节流孔进口处压力分布图，并对其进行了 分析，为空气轴承的性能设计优化提供有效指导.1孔式静压径向轴承的结构参数和理 论分析节流管在空气静压轴承中是一个重要组成部 分，有一定的阻抗，具有压力调节的作用.气体静压 节流方式主要有小孔节流、多孔质节流、表面节流、毛细管节流和狭缝节流等[13]，其中小孔节流方式又 分为简单孔式节流器和环形孔式节流器.本文采用 环形双排孔节流孔布置.在轴承静止无工作状态时，因轴承自重和载荷 (总称为F)存在，转轴与轴承内表面紧密接触，无气 膜存在.当工作时，这时压缩空气经节流孔逐渐进入 轴承间隙，直到内部压力大于F时，转轴被气体浮 起，气膜形成，形成气浮垫[14].当工作稳定时，转轴 在气膜压力的支承下达到平衡.但因负载存在，使得 其产生了一定的偏心量6,导致上下气膜表面压力 不一样.负载变大时，下气膜厚度减小，气膜压力变 大;而上气膜厚度增大时，气膜压力变小，此时上下 气膜表面会形成压力差就是气膜承载力，用来平衡外部负载，使之内外压力平衡.提高静压气体轴承的刚度和承载能力是优化气 体轴承性能的重要方法，多数由压缩的供气压力、轴 承结构参数及气体的不同等因素确定.气体静压轴 承结构主要参数见表1.表1空气静压轴承结构的主要参数Tab. 1 Main parameters o f aerostatic bearing structure几何特征参数值轴承直径/m m56轴承长度/m m80节流孔直径/mm2进口直径/mm4节流孔径向位置/mm15平均气模厚度/mm2节流孔数量/个12文献[8]对偏心率为0.1时的空气静压轴承做 了一些相关研究.在文献[15]中偏心率为0.1〜0.6,研究并得出偏心率对承载力的影响结果:在一 定范围内，承载力和偏心率构成线性关系，并且在偏 心率为0.5时，研究分析并得出了详细的结论.本文 取偏心率为0.3进行一系列的研究分析.通过计算轴承静态性能的近似公式[15]，对承载力性能进行近似的估算(在e e0. 3,且^e3的情况下）.()单个径向轴承的承载力根据公式：W+C j L D(p s - <@) (1)式中：：e0. 2,单排孔供气；：e 0. 25,双排孔供 气L= 80mm;D= 60 mm;为环境压力，即标准 大气压力；<〇为供气压力，<〇= 5.0 d105p a;：为 载荷系数，它是轴承处于不同情况下，各参数确定 后，可以承受的载荷与所能达的理论承载力之比.本文采用的是径向双排孔供气轴承，所以： e 0.25.由式(1)代入数据得W= 478 N.由于空气可被压缩，做出假设，空气在轴承中的 状态为等温过程，空气静压轴承处于高速工作时，表 现为动静压混合过程，轴承内气膜的压力P符合 Reynolds方程[16]:e1 - ecos_e_>282有色金属材料与工程2017年第38卷式中^为气体动力黏度；P为气膜压力；尺为轴承的半径为气体密度；、为轴承的平均气膜厚度;e为轴承的偏心率；U为轴承两相对表面的运动速度.Reynolds方程等式左侧为气膜压力变化参数，而等式右侧各项展开，会得到各种压力的各种效应.物理意义为：吵g，动压效应;M g，伸缩效应;隱|^，密度效应.除上述效应外，其中还存在其他效应:挤压效应，加热效应等都会在气膜上产生压 力[17].所以，静压气体轴承为动静压混合轴承.2动压效应图1为空气静压轴承动压效应.当轴承工作时，因承载力W存在，旋转中心为〇2,偏心量为&当轴 承绕轴高速旋转时，由于与空气摩擦力存在，气膜与 轴接触的附面层空气将会随转轴一起旋转，在图1中X轴下，气模的流动状态是由气膜较薄的一侧流进，从气膜厚的一侧流出，该范围的气膜受力较小;X轴 上，气膜层的流动状态是由气膜较厚一侧流进，从气 膜薄的一侧流出.形成了由小变大的扩大楔形间隙和 由大变小的收敛楔形间隙，满足动压效应形成的几何 条件.故而轴承工作会有动压效应存在.图1空气静压轴承动压效应示意图Fig. 1Hydrodynamic effect of static pressure bearing 3静压轴承的模拟仿真3.1模型本文采用双排小孔节流空气径向轴承，节流管 与轴承外壳为45°.本文主要研究气体经节流管进 入轴承的空气状态.因此气体为主要对象，以气体建 立气膜模型，采用SolidW orks建模软件，如图2 所示.图2气膜模型Fig. 2 M odel of air film3.2网格划分轴承工作时，高压气体通过45°倾角的供气管 进入到节流管时，横截面发生了突变，因此高压气体 在流经节流突变口时，使得速度与压力变化幅度较 大.因此在此处进行了网格加密，相对其他区域较密 集，如图3所示.图3气膜网格Fig. 3 Mesh of air film3.3数值模拟网格划分完，导入到FLUENT计算，求解器设 置为基于压力的求解器(Pressure Based)，采用可实 现性Realizable fc ：'模型•此模型与标准fc ：'模 型、重整化群RNG fc:'模型相比，优点是可以在雷诺应力上保持与真实湍流的一致，可以更准确地模 拟平面和圆形射流的扩散速度;在旋转计算、带方向 压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中，计 算更符合实际情况;针对分离流计算和带二次流的 复杂流动计算也较为准确.本研究进出口为压力边 界条件，轴承内表面设置为旋转面，选用非平衡壁面 函数，采用SIMPLEC算法收敛计算.第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究2833.4仿真结果轴承工作时，压缩气体经节流孔进入轴承间隙， 一部分沿着轴向流向两端和中间，在中间会形成相 对稳定的压力区;轴承气膜内膜面，由于气体存在黏 性，气膜层会随着壁面的旋转而转动，旋转方向与轴 承旋转方向一致.空气静压轴承的供气压力、偏心率、轴承旋转速 度、轴承的结构参数和气体性质等因素均会影响气体 在轴承内的流动状态特性，进而影响到轴承工作状态特性.本文主要针对偏心率为7 3时，研究分析供气 压力和轴承旋转速度对轴承承载力的影响规律.进口压力0.5M Pa 压缩空气，均以45°进气，出 口压力均为大气压力•由图4(@)〜(d )可以看出，压 缩气体经45°节流管节流，压力下降.由节流孔进入 轴承时，在节流管进口右侧形成了一个低压区，并随 着顺时针方向压力逐渐升高，而不同轴承转速对压 力分布具有一定的一致性，即旋转速度对压力影响 很小，见图4.(a )进气压强0.5 M P a ，转速5 000 r/m in (b )进气压强0.5 M P a ，转速30 000 r/m in(c )进气压强0.5 M P a ，转速60 000r/m in (d )进气压强0.5 M P a ，转速 100 000 r/m in图4供气压力和轴承旋转速度对轴承承载力影响Fig. 4 Influence of gas supply pressure and bearing rotation speed on the bearing capacity of the bearing is studied轴承工作时，供气孔、节流孔和轴承气膜外圆柱 表面与轴承固定接触，轴承固定.轴承气膜内圆柱表 面与轴颈接触，轴颈以一定的速度旋转.在偏心率为0.3,旋转速度为5 000 r /m in 的条件 下，分析不同进气压力下的轴承气膜内表面压力分 布.由图5可知，一定转速情况下，轴承气膜压强随着 进气压强的增加承载力增加，且压力分布更加均勻.通过气膜压力分布可对气膜压强积分计算得出 气膜压力合力，即轴承承载力W •在不同工况下积 分所得承载力不同，以此得出了不同进气压强和转 速与承载力的关系.由图6(a )可知，在偏心率为0. 3,进气压强为 0.5 M Pa 时，轴承的承载力在该气膜厚度下，在转速 的逐渐提高下，承载力静压成平稳状态，由静压与总IE 1lizippii iP K19187654321G -1-2284有色金属材料与工程2017年第38卷压图可知轴承动压效应随转速的增大逐渐减小.由图6(b )可知，在偏心率为0. 3,旋转速度为5 000 r /min 时，在不同供气压力下，轴承的承载力随 着供气压强的增加而增加，动压效应越明显，见图6.(a )进气压力为0.2 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in (b )进气压力为0.3 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in(e )进气压力为0.6 M Pa ，旋转速度5 000 /m in (f )进气压力为0.7 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in图*不同进气压力条件轴承气膜内表面压力分布Fig. * Pressure distribution of the bearing gas film4结论本文利用有限元数值模拟，研究分析在一定偏心率下，对空气静压轴承旋转工作时进行模拟计算，得出结论:压缩气体经节流孔进入轴承时，在节流孔右侧形成了一个低压区，顺时针方向压力逐渐升高， 轴承转速对压力分布影响很小.轴承的承载力在一定气膜厚度和进气压强下，随转速逐渐提高，承载力 逐渐下降，成下降趋势.轴承承载力随着进气压强的第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究2850 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000循环速度/ 〇m in _^(a )不同转速对承载力的影响曲线0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7冲击压力/M P a(b )不同供气压强对承载力的影响曲线图$不同因素对承载力的影响曲线Fig. 6 Graph is different factors impacton the bearing capacity增大成非线性增大，动压也随着压强增大而增大，动 压变得更明显.一定旋转速度下，随着进气压强的增 大，压力分布越均勻，越适合轴承高效稳定的工作.研 究结果为孔式节流空气静压轴承结构设计优化和在 相关工程中的应用提供可靠性的指导及技术支撑.参考文献：[1 /王元勋，陈尔昌，师汉民，等.气体润滑轴承的研究与 发展[J ].湖北工业大学学报，1994(3) : 155 : 159.[2 /孙立佳，孙淑凤，张华涛，等.静压轴径轴承静态特性的 数值模拟分析[J ].低温与超导，2010,38⑴:56 ： 7[3] LIN W J,KHAIAIT J P , LIN W , et al . Modelling of anorifice -type aerostatic thrust bearing [ C ] $ Proceedings of 2006 International Conference on Control ，Automation ， Robotics and Vision . Singapore ： IEEE ,2006： 1 - 6..4 ] LUND JW. A theoretical analysis of whirl instabilityand pneumatic hammer for a rigid rotor in pressurized gas journal b earings.]. Journal of Tribology ，1967，89 (2)：154.[5 ] TALUKDERH M ，ST 〇WELL T B. Pneumatic hammerin an externally pressurized orifice-compensated air journal b ea rin g.]. Tribology International ，2003, 36 (8):585-591.[6 ] AL-BENDER F .〇n the modelling of the dynamiccharacteristics of aerostatic bearing films ： From stability analysis to active compensation [J]. Precision Engineering ，2009,33(2) % 17- 126.[7] L 〇 C Y，WANG C C，LEE Y H. Performance analysis ofhigh-speed spindle aerostatic bearings [J ]. Tribology International ，2005,38!) % : 14.[8] 段明德，张武果，曹立波.空气静压径向轴承动压效应对其承载能力的影响[J ].轴承，2013 !) : 36 - 38，50.[9 ] ZHU J C,CHEN H, CHEN X D. Large eddy simulation ofvortex sheddng and pressure fluctuation in aerostatic bearings[J]. Journal of Fluids and Structures,2013,40(7)： 42-51.[10] RENN J C,HSIA 〇 C H. Experimental and CFD studyon the mass flow-rate characteristic of gas through orifice-type restrictor in aerostatic bearings [J ]. Tribology International ,2004,37(4) : 309 - 315.[1] 刘凡，孟宪东.空气静压轴承孔型节流器的CFD 研究[J ].机械，2005,32(11) :21 - 23.[2] 孙雅洲，卢泽生，饶河清.基于FLUENT 软件的多孔质静压轴承静态特性的仿真与实验研究[J ].机床与 液压，2007,35(3):170-172.[3] POWELL J W .空气静压轴承设计[M ]. 丁维刚，译.北京：国防工业出版社，1978.[4] 任凯，刘波，张君安.高刚度气浮垫气腔槽宽变化规律研究[J ].机电产品开发与创新，2011,24(1) :29-30.[5] 吴利杰，杨春娥，王为辉.空气静压径向轴承静态性能的有限元分析[J].机电工程，2015，32(9) :1201 - 1205.[16]郑书飞.精密空气电主轴气体轴承动态特性参数分析[D ].南京:东南大学，2010.[7]池长青.流体力学润滑[M ].北京：国防工业出版社，1998.。
基于FLUENT的轴承腔封严引气流动特性仿真分析及结构优化
基于FLUENT的轴承腔封严引气流动特性仿真分析及结构优
化
冷子昊;程荣辉;郭松;张杰一;苏壮
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为降低轴承腔封严引气流阻,提升滑油系统封严可靠性,以航空发动机轴承腔封严引气结构为研究对象,针对发动机典型工况点,将引气管、轴心引气等三维模型导入CFD软件平台FLUENT划分网格,采用Realizable k-ε模型对流场进行三维数值模拟,流场分析结果与实际相吻合,能够准确地反映气体流动状态。
通过对2种引气管结构与3种轴心引气结构流动特性进行对比分析,得到典型工况下封严引气结构的流阻及出口流速等性能参数,最终确定多种封严引气结构对流动特性的影响,从而对引气结构进行改进设计,优化了引气流动特性,为轴承腔封严引气结构设计提供了参考。
【总页数】5页(P47-51)
【作者】冷子昊;程荣辉;郭松;张杰一;苏壮
【作者单位】中国航发沈阳发动机研究所;中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V233.41
【相关文献】
1.基于Fluent的滑阀阀口流动特性仿真分析
2.基于Fluent的轴承腔温度场仿真分析
3.基于Fluent的带反洗阀封隔器的流阻特性仿真分析
4.基于Fluent的3D打印机成型腔内气固两相流动特性
5.基于Fluent的气液两相流喷嘴内部流动特性仿真
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解
局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解本文旨在研究局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解问题，首先介绍了多孔介质的基本理论和流体力学的相关知识。
然后分析了轴向轴承的结构和特点，阐述了轴向轴承的静态特性、动态特性及其影响因素。
接下来，本文详细阐述了局部多孔质气体静压轴向轴承的建模方法和解析求解过程。
采用有限元方法对轴向轴承进行建模，并利用COMSOL软件进行数值求解。
在求解过程中，通过改变不同参数的取值，分析了轴向力、径向力、流量、温度等因素对轴向轴承静态特性的影响。
求解结果表明，随着轴向力和径向力的增大，轴向轴承的承载能力逐渐增强；随着流量的增大，轴向轴承的稳定性逐渐降低；随着温度的升高，轴向轴承的承载能力逐渐降低。
最后，本文对轴向轴承的局限性进行了总结和改进方向的探讨。
表明了轴向轴承在实际应用中的局限性，并提出了一些改进方向，如优化轴向轴承的结构、提高局部孔隙度、增加轴向轴承的阻尼等，以期进一步提高轴向轴承的使用性能和工作效率。
综上所述，本文通过对局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解，为轴向轴承的设计与优化提供了一定的理论和实践指导。
此外，本文还进一步深入分析了多孔介质的流体力学特性和轴向轴承的工作原理，旨在更好地理解局部多孔质气体静压轴向轴承的静态特性数值求解。
在建模与求解过程中，采用COMSOL软件进行数值模拟，利用有限元方法对轴向轴承进行建模。
研究发现，局部孔隙度、流量、温度等因素都对轴向轴承的承载能力和稳定性产生了很大的影响。
本文的研究成果可为轴向轴承的结构设计与优化提供实用性的参考。
在实际应用中，通过优化轴向轴承的结构和参数设计，可以有效提高轴向轴承的工作效率和使用寿命，为工业生产及其相关领域带来更多的应用和发展机遇。
同时，本文的研究成果也为多孔介质的流体力学特性和轴向轴承的静态特性分析提供了一定的理论基础，具有一定的学术研究意义。
总之，本文的研究成果对于深入了解局部多孔质气体静压轴向轴承的静态特性有着重要的阐扬和指导作用，对于工业生产及其相关领域的发展有着积极的推动作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
；推轴承静态性能的相关因素进行 了分析研究， 并给出了 相应的变化曲线。在 自 行研制的实验平台上进行 ｌ 气体静压实验， 实验与数值模拟计算的结果取得 了 较好的一致性， 证明了将该方法应用在气体润滑领域
ｉ 的可行性 ， 也为进一步改进 小孔 节流 气体静压止推 轴承 的设计和改善 、 高其． 提 陛能提供 了理论依据 。
ｉ Ｋｅ ｒ ｓＡｅｏｔｔ ｅ ｒ ｇ Ｆ ｎｔ ｏｕ ｔｏ ；ｔｔ ｅｆｒ ｎ ｅ ｙｗｏ ｄ ： ｒｓａｉ ｂ ａｉ ； ｉｉ ｖ ｌｍｅｍｅｈ ｄ Ｓａｉ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｃ ｎ ｅ ｃ
中图分类 号 ： Ｈ１７２ 文献标 识码 ： Ｔ １． Ａ
在出 口处压力为环境压力 。由于空气静压止推轴承的两 气 体静 压 轴 承采 用 气体 作 为润 滑介 质 ， 轴 承 的活 动 面与 静 流动 ， 在 润滑面通常都是金属 ， 轴承工作过程中产生的热量绝大部分随气 止面之 间构成气膜 ， 产生承载力 ， 使二者避免接触 ， 具有精度高、
’ ５ ５”
—
０
似
５ ０
！ ： ５ ５ｆ ０ ｝ ０
０
；
５ ０ ０ ０ ！ ５ ：
ｓ 口 ０ ０ ０ ”
５
Ｍ
！ ０ ０ ， ：
５ ，
，
ｉ
【 要】 基于有限 摘 应用 体积法的计算流 体动力学 软件 ＦＵ Ｎ 进行数值模拟， ＬＥＴ 对影响气体 静压止 ｌ
ｌ
§
关键词： 空气静压轴承； 有限体积法； 静态特性
【 ｂｔ ｃ】 ｕ ｅ ｃｌｉｕ ｉ ａｐｏｅｓ ｉ ｏ ｐ ｔｉ ａＨｕ ｙａ ｉ ｆ ａ Ｌ Ｅ Ｔ Ａ ｓ ａｔＮ ｍ ｒ ａｓ ｌ ｏ ｗ ｓ ｒ ｓ ｄ ｔ Ｃｍ ｕ ｏｌ ｉＤ ｎｍｃ ｓ ｔ ｒ Ｆ Ｕ Ｎ ｒ ｉ ｍ ￣ ｎ ｃ ｅ ｗ ｈ ￣ ｎ ｄ ｓ ｏｗ ｅ
机 械 设 计 与 制 造
１０ ５
文 章 编号 ：０ １３ ９ （ ０ ０ ０ — １０ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）５ ０ ５ — ２
Ｍａ ｈｉ ｃ ｎｍｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｓｇ
＆
Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃ ｕ ｅ
第 ５期 ２１ ０ ０年 ５月
基于 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ的 气体静 压 轴承数 值仿 真与 实验研 究 木
吴定 柱 陶 继 忠
（ 中国工程物 理研究 院 机械 制造工艺研 究所 ， 阳 ６ １０ ） 绵 ２９０
Ｓｉ ｌｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｅ ｔ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｓ ｅ ｒ ｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ＵＥＮＴ ｍｕａ ｉ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｆ ｒ ｓ ａ ｉ ｔｕ ｔ ａ ｉ ａ ｅ ｎ ＦＬ ｏ ｍ ｒ ａ ｃ ｂ ｎ
１ 引言
节流小孑 与气膜 间隙过度处压力降至 ， Ｌ 然后沿着气膜间隙向外
无磨损和寿命长的优点。基于气体静压轴承的以上优点 ， 其在精
密工程 、 超精密工程、 微细工程、 空间技术 、 电子精密仪器 、 医疗器
体排 出或由金属传递出去 ， 故气体润滑过程可看成等温过程 在 。 流速不大时程为 ：
ｌ ａ ｅｔｈ ｔｉ ｐ 咖ｒ 帆ｃ ｏ ｅｏ ａｃＴｕｔ ｅ ｉ ， ｄｔｕ ｔ ｉ ｒ ｒ ｓ ａ ｐｏｕｅ ｆ ｃ ｔ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ｆＡ ｒ ｔ ｉ ｒ ａ ｎ ａ ｓ ｈ ｄ ｇａ ｏ ｃ ｖ ｓ ｒ ｃｄ ｅ ａｃ ｓ ｔ ｓ Ｂ ｒ ｇ ｎ ｈ ｅ ａ ｍ ｆ ｕ ｅ Ｗ ｄ Ｉ ａｃｒｉ ｌ Ａ ｒ ｔ ｉ ｅ ｅｉ ｎ Ｗ ａｅ ｎｔ ｅ － ａｕ ｔ ｅ ｇａｄｇｏ ｒ ｍ ｎ ｈ ｅｎ ｃｏ ｎ ｙ ｅ ｓ ｔ ｘ ｒ ｔ ａ ｍ ｄ ｅ Ｉ ｍ ｎ ａ ｕ ｄｒ ， ｏｄａ ｅ ｅｔ ａ ｂｅ ｄ ｇ ． ｏａｃ ｐ ｍ ｓ ｅ ｏ ｈ ｓｆ ｆ ｒ ｉ ｎ ｃ ｇ ｅ ｓ
ｌ ｅｅｅ 印ｉ ａ ｆｎｅ ｓｌｎｓ Ｉａ ｆｌｐ ｈ ｄ ｆｎｅ ｅ ｎｈ Ｍｒ ｉａ “ ｔ 肋。 ｒｄｅ 加 ｒ ｄｅ ｍｃ ｍ ｉ ｈ ｎａｏ ６ｅｆｅ ｍ Ｍ。 ．ｈ ｙｐｅ ｅ ｔ ｓ
； ａ ｂ ｉ ｐｙ ｇｔｓｍ ｔ ｄｔ ｇ — ｂｉ ｅ ｇ ｎ６ ｓ ｒ ｉ ｄｔ ｅｒ ｕｄ ｉ ｒ ｓ ｉｔ ｏ ａ ｌ ｎ ｉ ｅ ｏ ａ ｌ ｒ ａ ｄｒ ｉ ， ａ ｏｐｏ ｄ ｅｔ ｏ ｆ ｎａｏ ｆ ｉｌ ｆ ｐ ｉ ｈ ｈ ｏ ｓ ｕ ｃ ｙ ｔ ｅｏ “ｌ ｖｅ ｈ ｈ ｙｏ ｔ ｎ ｏ ｌ ｉｐｏｉ ｅ ｅｉ ｉ ｄ ｔ ｉｐ ｒ ｒ ａｃ ｏ Ｏｉ ｅ ｅ ｒ ｔ ｎ ｅ ｓ ｉ Ｔｕ ｅ ｉ ． ｍ ｒ ｎ ｔ ｓ ｎ ｇ ａｃ ｅ ｏｍ ｎｅ ｒ ｃ ｓ ｉｉ ｒ ｔ ｃｒ ｓＢ ａ ｎ ｖ ｇｈ ｄ ｇ ｎ ａ ｓ ｆ ｎ ｔ ｆ ｆ Ｒ ｔｃ ｏ Ａ ｏ ａ ｔ ｒ ｇ ｔ
《ｂｓ ｉｔｖｌ ｅ ｅ ｏ． ｙｓｎ ｓ ｒ ａｉ ｌ ｅｔ ｅｅｔｅａｏ ｈｈ ｉ ａ ｄ ｎ ｎｅ ｏ ｍ ｔ ｄＡａｓ ｄｅ ａ ｈ ｓ ｍ ｅ ｎ ｄ ｎｈ ｒａｖｆ ｔｓ ｉ ｌ ｅ ｏ Ｆ ｉ ｕ ｍ ｈ ｎ ｉａ ｒｅ ｃ Ｗ ｐ ｍ ｅ ｏ ｔ ｌｉ ｃｒｗ ｃ ｗｌ ｌ
Ｗ ｕ Ｄｉｇ ｚ ｕ． Ａ０ ｊ— ｈ ｎ ｎ — ｈ Ｔ ｉｚ ｏ ｇ
（ ｓ ｔ ｅ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ａ ｕ ｃ ｒ ｇ ｅｈ ｏｏｙ Ｃ ｉａ ｃｄ ｍ Ｅ ｇｎｅｉｇ ｈｓ ｓＭｉ ｙｎ ２ ９ ０ Ｃ ｉａ Ｉ ｔｕ Ｍｅｈ ｎｃ ｎ ｆ ｔ ｉ ｃｎ ｌｇ ，ｈｎ ａ ｅ ｙ ｆ ｎ ｉｅｒ ｙｉ ， ａ ａ ｇ １０ ， ｈｎ ） ｎ ｉ ｔｏ ａＭ ａｕｎＴ Ａ ｏ ｎＰ ｃ ｎ ６