用于气体轴承实验的暂冲气源流动特性研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringTheStudyofFlowCharacteristicsofIntermittentAirSourceofGasbearingMasterCandidate：ZhaoYunxiangMajor：FluidMachineryandEngineeringSupervisor：Prof.GuoLiangbinWuhanUniversityofSciencea

2、ndTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay22,2015摘要气体轴承具有具有精度高、转速快、无污染、耐辐射等优点，使其广泛应用。气体轴承依靠几微米的气模间隙来支撑机器的运动部件，传统结构的气体轴承供气供气压力小，耗气量较小，承载力较小。随着技术的发展与实际生产的需要，需要开发气体消耗量大、供气压力高的重载气体轴承。为了实验研究稀疏波与超音速边界层相互作用下的圆盘气体轴承特性，需要设计满足实验要求的实验台,并且需要研究实验台气源的流动特性，包括其稳定供气时间、容器内压力变化、管道流场特性等。用

3、于大流量气体轴承实验的实验台，由于气体消耗量大，采用暂冲气源供气的方式。本文主要研究内容如下。1.建立了管道一维非定常流的数学模型，并采用特征线法对管路的非齐次偏微分方程进行求解。2.建立了暂冲气源容器的数学模型，求解出容器内的状态变化。3.球阀由开启到全开，其通流面积不同，对管道流动的影响。管道末端球阀简化为节流口，为了使计算与实际的物理情景更加吻合，计算中考虑球阀开启的动态过程。4.采用FORTRAN95编写计算程序，该程序可以计算出容器内压力变化、管道内压力波动以及放气时间。该模型能够计算出暂冲气源容器内气体的状态变化及放气时

4、间。得到管道内气体流动达到拟稳定流状态所需的时间和管道内气体速度、压强的变化情况。关键词：暂冲气源；管道非定常流；通流面积；动态变化；特征线法IAbstractGasbearingiswidelyusedasithasmanyadvantagessuchashighprecision,fastspeed,nopollutionradiationresistant.Gasbearingsrelyonagapofseveralmicronsthatcontainsagastosupportthemovingpartsofamachine

5、.Thesupplypressureofgasbearingswithtraditionalstructureisusuallysmall,simultaneouslyconsumingonlysmallamountsofgasandhavingalowbearingcapacity.Withthedevelopmentofgasbearingtechnologyandtheneedsofactualproduction,heavygasbearingswithhighsupplypressureandhighgasconsumpt

6、ionneedtobedeveloped.Inordertoanalyzethecharacteristicsofcirculargasbearingsusinganexperimentwithaninteractionbetweentherarefactionwaveandsupersonicboundarylayer,atest-bedisneededtodeterminewhichmethodswillmeettherequirementsoftheexperiments.Thisstudyadoptedanintermitt

7、entairsourceforusewiththetest-bedforuseinthegasbearingexperimentswithalargeflux,becauselargequantitiesofgaswereconsumed.Thepapermainlyresearchthefollowingcontents:1.Thepipelinemathematicalmodelofone-dimensionalunsteadyflowwasestablishedandthemethodofcharacteristicswere

8、usedtosolvethenon-homogeneouspartialdifferentialequations.2.Thecontainerofintermittentairsourcemathematicalmodelwases