Page 139 - 摩擦学学报2025年第10期

1536 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

n
度或降低油膜黏度会提高SFD的减振性能. 刘杨等 [20] ∑
µ m = α k µ k (5)
研究表明，增大滑油黏度及轴向承载长度可增大减振
k=1
[21]
效率. Zhang等 将SFD外圈设计为可动轴瓦，并对其
式中： F µ m 为多相流混合物黏度(Pa·s)；
⃗为体积力(N)；
抑振性能进行了研究，结果表明，减小轴瓦间隙和提
⃗ ν dr,k 为次相滑移速度(m/s)； 为各相黏度(Pa·s)；本研
µ k
[22]
高压电致动器的刚度可以降低转子振动. 乔志斌 研
究中认为无次相滑移速度.
[23]
究表明，静偏心增大，阻尼增强. 罗庆等 对分片式可
Mixture模型能量方程表示为
变间隙径向滑动轴承的混合润滑特性进行了深入研
n
n
∂ ∑ ∑ [ ]
究，结果表明，合理地调整油膜间隙可有效地改善油 (α k ρ k E k )+∇· α k ⃗ ν k (ρ k E k + p m ) =
∂t
膜压力分布. 施佳皓等 [24] 对翻边轴承流体域进行研 k=1 k=1
(6)
∇·(k eff ∇T)+S E
究，结果显示，偏心率增大，油膜承载力增大，温度升
[25]
高. 赵琪等 研究表明，轴承流体域间隙减小或转速 式中： p m 为混合物的压力，单位为Pa； k eff 为有效热传
增大会造成油膜温度升高，其中，转速影响较大. 导率，单位W/(m·K)； T 为混合物的温度，单位为℃；
3
综上，先前研究多集中于流体空化效应方面，针对 S E 为所有体积热源，单位为W/m ；Mixture忽略气相
，
空气吸入现象探索较少. 本文中针对SFD油膜特性进 及液相可压缩性，则 E k 表示为 E k = h k h k 表示为第k相
行分析，以探明空气吸入在不同结构和工况参数下对油 的显焓，单位为J.
根据连续方程，可知第二相 o的体积分数表达式为
膜动特性的影响规律，为SFD设计研发奠定理论基础.
n
∂ ∑
1 理论分析 ∂t [α o ρ o ]+∇·[α o ρ o ⃗ ν m ] = −∇·[α o ρ o ⃗ ν dr,o ]+ [ ˙m qo − ˙m oq ]
q=1
(7)
挤压油膜阻尼器流体域为润滑油膜，运行时流体
域内壁仅发生进动，挤压充斥于阻尼器的滑油，将动 式中： a o 第二相 o的体积分数； 第二相 o的密度单位
ρ o
3
能转化为内能产生抑振效果，减小转子系统振动，延 为 kg/m ； ⃗ ν dr,o 为 第 二 相 o的 滑 移 速 度 ， 单 位 为 m/s；
长服役寿命. 本研究中基于流体动力润滑理论，建立 ˙ m qo为 第 q相 到 第 二 相 o的 质 量 传 递 率 ， 单 位 为
3
两端开口的SFD流体域模型，分析空气吸入程度对油 kg/(m ·s)； ˙ m oq为第二相 o到第 q相的质量传递率，单位
3
膜静动特性的影响. 为kg/(m ·s).
1.1 多相流理论 Z-G-B空化模型以蒸汽传输方程和气泡动力学方
采用Mixture多相流模型及Z-G-B空化模型进行 程为基础，其中，蒸汽传输方程为
仿真计算. Mixture模型连续方程为 ∂ ( )
(α ν ρ ν )+∇· α ν ρ ν ⃗ ν ν = R e −R c (8)
∂t
∂ρ m
+∇·(ρ m ⃗ ν m ) = 0 (1) 式中： α ν 为气体体积分数； ρ ν 为气体密度，单位为
∂t
3
n kg/m ； ⃗ ν ν 为气相速度，单位为m/s； R e 为气泡蒸发质量
∑
传递速率，单位为kg/s； R c 为气泡凝结质量传递速率，
a k ρ k ⃗ ν k
⃗ ν m = k=1 (2)
ρ m 单位为kg/s.
广义Rayleigh-Plesset方程为
n
∑
ρ m = a k ρ k (3) 2 Å ã 2 Å ã
D R b 3 DR b P b − P 4µ l 2σ
˙
k=1 R b + = − R b − (9)
Dt 2 2 Dt ρ l ρ l R b ρ l R b
3
式中： ρ m 为多相混合物密度，单位kg/m ； ⃗ ν m 为质量平
忽略二阶项和表面张力，上式简化为
均速度，单位为m/s； ⃗ ν k 为第k相流体速度； 为第k相
a k

3
体积分数； ρ k 为第k相密度，单位为kg/m . DR b = 2 P b − P (10)
Dt 3 ρ l
Mixture模型动量方程为
式中： R b 为气泡半径(m)； σ为液体表面张力系数。单
∂ ( ) ( ) [ T ]
ρ m ⃗ ν m +∇· ρ m ⃗ ν m ⃗ ν m = −∇p+∇· µ m (∇⃗ ν m +∇⃗ ν ) + 3
m
∂t 位为N/m； ρ l 为液相密度，单位为kg/m ； P b 为气泡表面
( )
n
∑ 压力，单位为Pa； P为大气压力，单位为Pa； 为周围
⃗ µ l
ρ m ⃗ g+ F−∇· α k ρ k ⃗ ν dr,k ⃗ ν dr,k
液体黏性，单位为Pa·s.
k=1
(4) Z-G-B空化模型假设流体域内所有气泡尺寸相同，