Page 123 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 赵波, 等: 考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性 533

所示.其中，R =32.75 mm，R =42.75 mm，r =33.75 mm，
2
1
1
r =35.75 mm，r =37.75 mm，r =39.75 mm，r =41.75 mm， Moving wall
2
3
4
5
θ=3.6 °. 椭圆形微坑坑深为h =0.2 mm，其椭圆形短轴 Outlet
o
a=0.2 mm，长轴b=0.8 mm，转角为α. 滑靴与斜盘间的 Inlet Periodic
间距即为计算流域的厚度h=10 μm.

R 2
r 5 r 4 r 3
r 2 r 1
Fig. 3 Boundary and local grid diagram
a
图 3 边界示意及局部网格图
θ
a
b
2 仿真及影响因素分析
R 1
2.1 无倾斜椭圆微坑性能分析
b h 0
本节中首先研究了无倾斜椭圆形微坑对滑靴副
润滑性能的影响，并对滑靴副的承载能力、泄漏量和
摩擦系数等性能在不同的黏度和转速条件下变化规
Fig. 2 Calculation domain size diagram 律进行分析，如图4所示. 当研究随黏度变化的规律
图 2 计算域尺寸示意图 时，保持转速为20 000 r/min不变，当研究随转速的变

使用SolidWorks建立计算流域的三维模型，并利 化规律时，保持黏度为1 mPa·s不变.
如图4所示，承载能力随着转速和黏度的提高呈
用Gambit划分网格，如图3所示. 在水膜厚度方向构建
5层体网格，水膜与微坑分不同部分划分网格，其交界 逐渐增加的趋势，且相比于无微坑织构，椭圆微坑的
面设为interface以交换数据. 所有部分均划分为规则 引入产生了额外动压效应，改善了其润滑性能：一方
的六面体网格，模型节点共1 101 195，网格数量共计 面，承载能力更大，即相同工况下，滑靴副间隙的油膜
962 880. 厚度增大，减少接触面间的磨损；另一方面，摩擦系数
1.3 边界条件设定 更小，即泵在运行过程中的功耗更低. 这与文献[9]的
利用CFD软件FLUENT进行仿真分析，设定沿径 研究结果一致.
向的两个圆弧面分别为压力入口和压力出口边界，如 但由图4可见，上述无倾斜椭圆形微坑也会对摩
图3所示. 压力入口边界(Inlet)压力为P =0.5 MPa，压力 擦副的泄漏性能产生明显的影响. 相比于无微坑织
i
出口边界(Outlet)压力为P =0.1 MPa，设置两侧面为周 构，椭圆微坑使得流体沿滑靴运动方向的流动受阻，
o
期性壁面(Periodic)，上表面设置为动壁面(Moving 产生了更多的正向泄漏，致使柱塞腔泄压增大，泵的
wall)，转速为ω，其他面设置为普通壁面. 容积效率损失. 且在低黏度介质和低转速下，这种正

Carrying capacity without texture Carrying capacity without texture
Leakage without texture Leakage without texture
Friction coefficient without texture Friction coefficient without texture
Carrying capacity with texture Carrying capacity with texture
Leakage with texture Leakage with texture
Friction coefficient with texture Friction coefficient with texture
0.05 60 1.0E−02 0.014 45 1.4E−02
Friction coefficient 0.04 Carrying capacity/N 56 6.0E−03 Leakage/(g/s) Friction coefficient 0.010 Carrying capacity/N 35 1.0E−02 Leakage/(g/s)
58
1.2E−02
0.012
8.0E−03
54
8.0E−03
0.008
25
0.03
52
6.0E−03
4.0E−03
50
0.006
4.0E−03
0.02
46
0.0E+00
0.0E+00
0.002
44
0.01 48 2.0E−03 0.004 15 5 2.0E−03
1 2 4 8 1 500 3 000 10 000 20 000
Viscosity/(mPa·s) Rotate speed/(rpm)
(a) Law of change with viscosity (b) Law of change with rotate speed

Fig. 4 Carrying capacity，leakage and friction coefficient change law on without texture and 0° texture surface
图 4 无微坑织构和0°时承载能力，泄漏量和摩擦系数变化规律