[發明專利]一種考慮表面形貌的靜壓油墊流場特性數值仿真方法

有效

• 申請號: 201410191387.3
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN105095536B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 夏龍飛;蔡力鋼;趙永勝
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

1.一種考慮表面形貌的靜壓油墊流場特性數值仿真方法，包括：數學建模求解、流場特性分析、優化設計步驟；其特征在于：

數學建模求解步驟，針對油墊表面粗糙度，以克里斯坦森隨機粗糙度模型為基礎，建立了徑向和周向兩個方向上的表面粗糙度模型；基于上述油墊表面粗糙度的模型，考慮在轉臺旋轉過程中受熱效應與動壓效應作用的影響；為此，在考慮粗糙度效應的基礎上，通過聯立雷諾方程和能量方程，建立了支承油墊熱效應、動壓效應及其耦合效應的模型；

流場特性分析步驟，通過求解聯立的方程組，進行求解分析；主要包括靜力學分析和動力學分析；靜力學分析后處理中輸出、壓力分布隨粗糙度參數的變化規律圖、徑向和周向粗糙度對比圖、壓力分布曲線圖、速度矢量圖、壓力等值線圖、溫度云圖、壓力云圖、流線圖；動力學分析后處理中輸出壓力隨動壓參數變化曲線圖、速度矢量圖、承載能力隨動壓參數變化規律圖、壓力等值線圖、等溫線圖、壓力云圖；

優化設計步驟，系統自動調用優化設計模塊，用戶輸入粗糙度參數、動壓參數、油膜厚度、油墊直徑為設計變量，定義靜壓油墊流場特性分析中的油墊承載能力和油膜剛度極值為優化目標，并設定變量取值范圍，系統調入優化命令流，進行優化計算，最終輸出優化后的結構參數，包括粗糙度參數、動壓參數、油膜厚度、油墊直徑。

2.根據權利要求1所述的一種考慮表面形貌的靜壓油墊流場特性數值仿真方法，其特征在于：所述的數學建模求解中所列出的方程組合求解過程和求解思路；

無量綱化的考慮動壓效應的徑向粗糙度的雷諾方程

其中各無量綱參量的含義為：

r^*：無量綱徑向坐標；

無量綱平均粘度；

無量平均綱密度；

h^*：無量綱油膜厚度；

σ^*：無量綱綜合粗糙度；

p^*：無量綱壓力；

S：無量綱動壓數；

無量綱化的考慮動壓效應的周向粗糙度的雷諾方程

其中各無量綱參量的含義為：

r^*：無量綱徑向坐標；

無量綱平均粘度；

無量平均綱密度；

h^*：無量綱油膜厚度；

σ^*：無量綱綜合粗糙度；

p^*：無量綱壓力；

S：無量綱動壓數；

無量綱化的能量方程

其中各無量綱參量的含義為：

ρ^*：無量綱密度；

u^*：r方向的移動速度；

v^*：θ方向移動速度；

T^*：無量綱溫度；

η^*：無量綱周圍介質粘度；

求解思路如下：a)令S＝0，求解雷諾方程，得到滿足雷諾方程的靜壓解即滿足齊次平均雷諾方程的通解，并不求解油腔內的壓力分布，認為油腔內的油腔壓力在無量綱化后都恒等于1；b)令S＝C，其中C為一個大于0的常數，求解雷諾方程，得到滿足雷諾方程的動壓解即滿足非齊次平均雷諾方程的特解，考慮到只是由于流體動壓效應而引起的流體動壓力；假設初始壓力都等于0，即油腔內的油腔壓力和封油邊的壓力都等于0；求解整個油腔和封油邊；由于平均雷諾方程是線性偏微分方程，將求解結果進行線性疊加耦合。

3.根據權利要求1所述的一種考慮表面形貌的靜壓油墊流場特性數值仿真方法，其特征在于：所選取的優化參數為粗糙度參數、動壓參數、油膜厚度、油墊直徑。

4.根據權利要求1所述的一種考慮表面形貌的靜壓油墊流場特性數值仿真方法，其特征在于：所述的流場特性分析基于Matlab寫入的命令流。