[發(fā)明專利]基于結構化動網格的可傾瓦滑動軸承變流域流場計算方法

有效

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• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN107526914B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 鄭水英;吳價;李夢喧;劉淑蓮;應光耀
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T17/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州云睿專利代理事務所(普通合伙) 33254
• 代理人: 楊淑芳

本發(fā)明公開了一種基于結構化動網格的可傾瓦滑動軸承變流域流場計算方法。該方法是通過：1、建立可傾瓦滑動軸承的三維CFD計算模型，2、計算模型采用結構化網格進行劃分，3、在FLUENT中加載模型的網格文件以及變流域動網格更新程序，4、在FLUENT中指定網格變形區(qū)域并設置求解參數進行三維瞬態(tài)流場計算。本發(fā)明是為了解決我國旋轉機械在大型化、高速化及大容量化發(fā)展過程中因滑動軸承性能不足導致轉子系統(tǒng)穩(wěn)定裕度降低而引發(fā)多種振動故障的問題。本方法在軸頸長時間、大幅度、不規(guī)則渦動時仍能保持良好的網格質量使得瞬態(tài)計算能夠順利進行。

【技術領域】

本發(fā)明涉及可傾瓦滑動軸承計算流體動力學的技術領域，特別是基于結構化動網格的可傾瓦滑動軸承變流域流場計算方法的技術領域。

【背景技術】

流體動壓徑向滑動軸承具有承載能力大、功耗小、耐沖擊、抗振性好、運轉精度高等優(yōu)點，在大型高速及高速精密的旋轉機械(如汽輪機組、工業(yè)壓縮機、核電機組及各類大型機床)中得到廣泛應用，是機械工業(yè)中使用廣泛、要求嚴格的關鍵基礎部件之一，其性能的好壞直接影響到整個機組的工作精度、壽命、可靠性和其他諸多技術經濟指標。滑動軸承的油膜力既是轉子-軸承系統(tǒng)阻尼的主要來源，也可能是導致機組穩(wěn)定性下降的重要原因。隨著旋轉機械的大型化、高速化和大容量化，轉子-軸承系統(tǒng)出現(xiàn)的振動故障越來越多，越來越復雜，這其中的很多故障都是由轉子系統(tǒng)穩(wěn)定裕度不足而引發(fā)的。

滑動軸承的理論研究是以流體動壓潤滑理論為基礎，求解雷諾方程得到軸承的油膜壓力分布、承載能力等參數，考慮傳熱時，對能量方程進行求解，得到油膜溫度分布。在此基礎上，針對非定常雷諾方程，采用壓力擾動法可求解出軸承的動特性系數。滑動軸承的實驗研究，可分為靜特性實驗和動特性實驗兩大類。滑動軸承靜特性是指軸心處于靜平衡線上旋轉、無外界激振的情況下軸承的靜態(tài)性能，表征的參數有：承載能力、軸心軌跡以及潤滑油溫升等；滑動軸承動特性是指軸心在外界激振力作用下處于靜平衡位置附近旋轉時軸承的動態(tài)性能，表征的參數主要是油膜剛度系數和油膜阻尼系數。

隨著計算流體動力學軟件(CFD software)的出現(xiàn)，人們開始通過直接求解N-S方程來研究軸承動特性。采用CFD建模計算，不僅可以考慮軸承內部的三維流動、流體慣性項的影響，還可以計算高速運轉時出現(xiàn)湍流的情況，理論上適用于任意軸承結構型式，因此可以更全面、準確地反映軸承的動特性。具體到可傾瓦滑動軸承油膜的3D瞬態(tài)流動計算的實現(xiàn)，遇到的最大技術困難是，瓦塊上下表面小間隙潤滑流場在空間三個尺度上的尺寸分布非常不均勻，如果采用FLUENT軟件提供的動網格更新方法(即彈簧光順法、動態(tài)分層法和網格重構法)處理由軸頸移動和瓦塊轉動引起的流體域變形后的網格更新，即使時間步長取得非常小，運動一段時間之后，小間隙處的網格也會出現(xiàn)很大的畸變，導致瞬態(tài)計算無法繼續(xù)下去。為了能夠借助FLUENT軟件研究可傾瓦滑動軸承的瞬態(tài)流場，充分發(fā)揮CFD軟件在研究非線性轉子-軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性問題上的優(yōu)勢，急需開發(fā)一種新的適用于可傾瓦滑動軸承變流域流場瞬態(tài)計算的動網格更新算法。

【發(fā)明內容】

本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術中的問題，提出基于結構化動網格的可傾瓦滑動軸承變流域流場計算方法，在軸頸長時間、大幅度、不規(guī)則渦動時仍能保持良好的網格質量使得瞬態(tài)計算能夠順利進行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了基于結構化動網格的可傾瓦滑動軸承變流域流場計算方法，包括以下步驟：

第一步，將瓦塊和軸頸之間間隙、瓦塊和軸承靜止部件之間間隙、瓦和瓦之間間隙、進油孔定義為計算流體域；所述瓦塊和軸頸之間間隙、瓦塊和軸承靜止部件之間間隙的流體域定義為網格變形區(qū)域，網格變形區(qū)域簡稱變形域；使用FLUENT前處理軟件GAMBIT構造計算流體域的三維計算模型；

第二步，使用GAMBIT軟件對三維計算模型進行網格劃分，生成網格文件；變形域處采用六面體結構化網格單元進行劃分，瓦和瓦之間間隙、進油孔處采用混合網格單元進行劃分；