高速滑动轴承流固耦合研究.doc

高速滑动轴承流固耦合研究摘要：本篇文章介绍了超高速轴承的轴瓦-润滑油-轴颈的流固耦合传热系统。简述了这个研究方向成果的必威体育精装版进展。 关键字：流固耦合；滑动轴承；耦合算法 Abstract: This article introduced fluid-solid coupling heat transfer system of the high speed bearings bush, oil and shaft. It also summarized the latest progress of the research results. Key words: Fluid solid coupling; Sliding bearing; Coupling algorithm 中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号： 1流固耦合的算法进展 流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支，从获得的文献来看，它在算法方面的研究从很早就开始了，发展也比较迅速和成熟，目前已经形成了一些主流算法。 流体-结构耦合数值研究方法，其模型经历了由简单到复杂、从解耦到弱耦合（或松耦合）再发展到强耦合这样一个过程。根据这一发展过程大致把算法分为三类：古典积分算法、交错积分耦合法和整体积分方法。其中古典积分算法现在已经基本淘汰。交错积分耦合法和整体积分法发展还比较迅速。交错积分耦合法和整体积分法都是双向的耦合方法，可以考虑流体和结构的各种非线性因素，也可预测到极限环振荡现象。两者的差别主要是时间积分推进是否同步。 1.1交错积分耦合法的进展 Charbel Farhat等人提出的CSS（Conventional Serial Staggered）法起步较早，发展也比较成熟。这种方法能充分利用计算流体动力学和计算结构动力学的方法和程序，只做少量的修改，从而保持程序的模块化。但是它有一个缺点至今仍未克服，就是流体、结构的时间推进积分总是存在时间滞后，耦合见面上的能量不能保持守恒，无法满足动平衡。这个缺点一直制约着CSS方法的发展。 S．Piperno提出的带预估和预估迭代交错法应用较为广泛，发展比较快。它克服了CSS方法的缺点，提高了算法的精度和稳定性，引入了流体积分的子循环方法可使积分过程中采用不同的时间步长，节省了CPU时间及I/O文件传递。 1.2 整体积分法的进展 整体积分法的发展起步比较晚，但是发展迅速。不同于交错积分耦合法，这种方法的时间积分完全同步，且不存在时间滞后和能量不守恒现象，因此是一种具有相当吸引力的完全的强耦合方法。它把流体和结构看作通过耦合界面的单一连续介质，用单一的算子来描述控制方程。但是这种算法发展还很不成熟，应用不是十分广泛，但是我们有理由相信，不久的将来这种最出色的算法会得到广泛的应用和研究。 从获得的文献资料来看，由于欧美等发达国家的国防、航空航天领域发展的需要，国外在流固耦合算法上的研究比较活跃；相比较而言，国内这方面的研究开展的较晚，涉及人员较少，不过还是取得了一些成果。 2高速滑动轴承流固耦合的进展 就目前来说，对滑动轴承做流固耦合的想法还比较新，查看所获得的有关文献，关于轴承方面的流固耦合主要是转子和轴承之间动力性和稳定性的耦合分析，关于轴承轴瓦-轴颈系统的热耦合比较少。在热耦合方面主要取得的进展有在灵敏度分析和流固耦合传热模拟方面的进展。 找了一些文献，加上自己对轴承模型的理解，总结如下： 2.1简述 首先来谈谈介质的问题。根据Reynolds方程和能量方程，轴承的温升与轴承采用润滑介质的黏度有关，因此，采用低黏度的润滑介质―水，是解决轴承热变形的一条途径。接下来是模型问题。轴承可以有不加腔的模型，还可以有加腔的模型，最真实最有效的模型就是轴承加深浅腔的模型，有两腔、三腔、四腔等结构。最后，为了分析模型的网格数量、类型以及模型对称性边界条件对CFD模拟分析结果的影响，一般的轴承模型都做了灵敏度分析。 2.2模型假设及控制方程 查文献可知，高速滑动轴承由于模型过于复杂，因此要对模型进行适当的假设：1、润滑介质为水，不可压缩流体，黏度不随剪切速率、温度变化；2、考虑润滑介质的黏性生成热以及轴承介质与轴瓦、轴颈之间的传热；3、工作环境压力101kpa；4、由于轴颈转速较高，考虑润滑介质惯性作用；4、润滑入口处压力、流速恒定。 目前使用的控制方程依旧是质量连续性方程、N-S方程、能量方程。形成了经典的控制理论。 润滑介质水在油腔内的流动为不可压缩流动，根据流体力学基本方程组，得到平面定常粘性流体的质量连续性方程为： 运动微分方程，即N-S方程 能量方程：