Page 20 - 摩擦学学报2025年第9期

1274 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) (b) 200 μm 200 μm
L
U

h 0
h p L 200 μm
z 200 μm

x y
x

Fig. 1 Schematic diagram of simulated fluid region and micro-texture: (a) xz cross section; (b) xy cross section
图 1 仿真流体域与织构示意图： (a) xz截面；(b) xy截面

0.8
表 1 计算参数
Square
Table 1 Calculation parameters 0.7 Circle
Parameters Specifications 0.6 Rhombus
Kinematic viscosity, η/(Pa·s) 0.098 Hexagon
3
Lubricating oil density, ρ/(kg/m ) 891 Friction coefficient 0.5
Micro-texture spacing, L/μm 5/25/50/75/100/200/400 0.4
Micro-texture shape Square/circle/rhombus/hexagon 0.3
Wall sliding speed, U/(m/s) 0.5
0.2
Minimum oil film thickness, h 0 /μm 1/2/3/4/5
Micro-texture depth, h p /μm 1/3/5/7/10/12 0.1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Space/μm

1.8 Square Fig. 3 Influence of micro-texture spacing L on
1.6 Rhombus 图 3 微织构间距L对摩擦系数的影响
friction coefficient
1.4
Friction coefficient 1.2 化效应效果减弱，使得其在负压区所能抵消的压力减
1.0
0.8
少，最终导致流体域的表面承载力较弱，摩擦系数较
0.6
0.4 大，从而摩擦性能较差.
0.2 如图3所示，菱形织构特殊形貌使其摩擦性能尤为
0 1 2 3 4 5 突出，相较于其他形貌，菱形织构可以更有效地诱导和
Number of grid/10 5
增强流体的涡旋等不规则运动，从而在收敛楔等流体
Fig. 2 Grid independence verification
域局部生成涡流，增大惯性效应的影响. 此外，流体局
图 2 网格无关性验证
部速度的快速变化易于引起局部压力的降低形成气
如图3所示，随着间距的增大，摩擦系数逐渐降 泡，并通过涡旋运动将气泡带入高压区，为空化效应
低，在L=50 μm时达到最低，随后开始增大. 推断在间 的产生提供有利的条件. 另一方面，如图5所示，相
距L较小时，由于发散楔和收敛楔过渡区域过短，流体 比于正方形织构，菱形织构能够在较小的流体域内产生
的流动方向和速度会发生急剧变化，使得流体域压力 较大的气相体积分数，避免由于空化效应的面积率过
[23]
波动明显，从而影响流体的动压润滑效果，同时也会 大而导致负压区过大，从而影响表面承载力的现象 .
导致流体对壁面的冲击加剧，影响表面承载力. 此外， 1.3.2 微织构深度h 的影响
p
由于流体动压效应主要体现在发散楔和收敛楔，那么 根据表1计算参数选用微织构间距L=50 μm、最小

当间距L较大时，织构面积率随之减小，流体动压效应 油膜厚度h =3 μm，针对不同织构形貌和深度对摩擦
0
产生的额外增压效果相对于整个流体域便微乎其微. 副间摩擦系数进行仿真计算，结果如图6所示. 微织构
如图4所示，以方形织构为例，随着间距L的不断 的深度直接影响流体在发散楔和收敛楔处的状态. 在
增大，发散楔处的最大气相体积分数随之减小，即空 微织构深度较小时，流体在收敛和发散楔处的变化并