Page 90 - 摩擦学学报2025年第4期

578 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

后，注油口设置为壁面；钢环壁面设定为以钢环圆心 察结果表明，即使在仿真进行10 min后，2种转速下仍
为旋转中心的旋转壁面，其余壁面设定为静止壁面. 然会有一些乳化油残留在接触区内，尤其是靠近钢环

仿真过程中所设定的其他参数列于表3中. 表面的附近. 即使停止注油，这些残留的乳化油仍能
起到持续润滑钢环与试块表面的作用，这一观察结果
表 3 仿真过程中所设置的参数
解释了在1.3.1节与1.3.2节中2种转速下(50和200 r/min)
Table 3 Parameters used in the simulation
注入乳化油后，稳定的摩擦系数仍然比纯水润滑状态
Parameters Specification
Coefficient of surface tension of emulsifying 下的摩擦系数要低的试验现象，这表明所注入的少量
0.018
oil in the water/(N/m) 乳化油对于摩擦对偶润滑状态的改善效果显著，这一
Viscosity of water/(mPa·s) 1
[23]
发现与Liu等 在使用油/水(O/W)乳化液进行轴承润
Density of water/(kg/m³) 1 000
Viscosity of emulsifying oil@ 21°C/(mPa·s) 63.790 滑研究中的假设一致.
Density of emulsifying oil/(kg/m³) 698
同时，对比图9(a)和(b)发现，随着转速的增加，
Contact angle of emulsifying oil and the ring@ water
5 残留在接触区内的乳化油体积减少，导致乳化油持
environment/(°)
续润滑作用减弱. 这解释了第1.3.1节和1.3.2节中，转
完成边界条件设置后，进行求解参数的设置和流 速为50 r/min时注入乳化油后稳定的摩擦系数比转
场的初始化. 本模型中采用了压强-速度耦合算法中的 速为200 r/min时稳定的摩擦系数要低、且持续时间要
SIMPLEC算法，其中压力采用二阶离散格式，而扭 更长的现象.

矩、湍动能和湍流耗散率则均采用了具有二阶精度的
3 摩擦表面形貌分析
迎风差分格式，松弛因子保持为默认值.

为减小计算结果所占的空间，保存步数设置为每 3.1 不同工况下的表面磨痕分析
隔20步保存1次结果，这一措施不仅减少了结果的内存 为了深入研究赛龙材料在不同工况下的表面磨
占用，同时也保留了结果的连续性. 点击初始化后，需 损情况，本研究中利用共聚焦显微镜观察了不同工况
设置迭代计算参数，其中迭代步数的设定依赖于仿真总 下赛龙试块的磨损表面.

时间以及供油速率，设置完成后，点击计算，进行仿真. 图10所示为在相同转速(ω = 200 r/min)和运行时

2.4 仿真结果 间(16 min)内，不同载荷下赛龙试块的磨痕宽度对比.
图9所示为2种转速下，以10 μL/s供油速率供给 通过共聚焦显微镜扫描试块摩擦表面，发现载荷为150、
100 μL乳化油后，进行了10 min的仿真情况，图9中使 350和550 N时，对应的试块磨痕宽度分别为3 752.727、
用不同的颜色表示乳化油在接触区内的体积变化. 观 4 672.216和5 038.125 μm. 结果表明，赛龙试块的表面

Block Block
Volume fraction of oil Volume fraction of oil
9.697e-01 9.697e-01
9.091e-01 9.091e-01
8.485e-01 8.485e-01
7.879e-01 7.879e-01
7.273e-01 7.273e-01
6.667e-01 6.667e-01
6.061e-01 6.061e-01
5.455e-01 5.455e-01
4.848e-01 4.848e-01
4.242e-01 4.242e-01
3.636e-01 3.636e-01
3.030e-01 3.030e-01
2.424e-01 2.424e-01
1.818e-01 1.818e-01
1.212e-01 1.212e-01
6.061e-02 6.061e-02
0.000e+00 0.000e+00
Ring Ring
m y m y
0.0 0.5e-06 1.0e-05 1.5e-05 2.0e-05 0.0 0.5e-06 1.0e-05 1.5e-05 2.0e-05
z x z x
(a) ω = 50 r/min (b) ω = 200 r/min
Fig. 9 Volume fraction diagrams of the oil in the contact region after 10 minutes of simulation
图 9 不同转速下注油模拟10 min后接触区内乳化油体积分数示意图