基于FLUENT的环面节流静压气体圆盘止推轴承二维流场仿真分析

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1、2008年10月第36卷第10期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSOct．2008V01．36No．10基于FLUENT的环面节流静压气体圆盘止推轴承二维流场仿真分析于贺春，马文琦，王祖温(大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026)摘要：静压气体轴承供气孔出口后的压力陡降一直限制着静压气体轴承的使用；且随着气膜间隙的增大，气膜内甚至会出现负压，而传统的雷诺方程无法计算出流场内的压力陡降。运用FLUENT软件对单孔环面节流静压气体圆盘止推轴承的流场进行了仿真计算；基于计算结果，分析了不同气膜间隙下气膜入口区和压力回升区的流场特性；运用边界层知

2、识解释了不同气膜间隙下的压力回升；以流场中马赫数的连续变化为依据说明气膜内正激波是不存在的；研究了流场中气体粘度的变化情况；通过仿真压力分布与实验压力分布的对比，验证了仿真模型和仿真方法的正确性。关键词：FLUENT；压力；马赫数；边界层；正激波中图分类号：THl33．36文献标识码：A文章编号：1001—3881(2008)10—109—4CharacteristicAnalysisofFlowofInherentlyCompensatedCircularThrustAerostaticBearingBasedonFluentSoftwareYUHechun．MA

3、Wenqi．WANGZuwen(MarineEngineeringCollege，DalianMaritimeUniversity，DalianLiaoning16026，China)Abstract：Thepressuredepressionaftertheoutletofthegassupplyholeofaerostaticbearinglimitsitsuse，andthenegativepressurewillevenoccurwiththeincreaseofgasfilmclearance．whichcannotbecalculatedeffectiv

4、elywiththetraditionalReynoldsequation．TheFluentsoftwarewasusedtocalculatetheflowofexternallypressurizedcircularthrustgasbearingswithonesupplyhole．Thecharacteristicsoftheflowatthefilmentranceandthepressurerecoveryregionsunderdifferentgasfilmclearanceswereanalyzedbasedonthecalculationres

5、ults．Thepressurerecoverywasexplainedwiththehelpoftheboundarylayerknowledge．ThatthechangeoftheMachnumberiscontinuousshowsthereisnoshockwaveintheflow．Thechangeofviscosi“Wasstudied．Thecalculationpres-suredistributionsshowgoodagreementwiththeexperimentalones，whichprovesthatthecalcalationme

6、thodandmodelarecorrect．Keywords：FLUENT；Pressure；Machnumber；Boundarylayer；Normalshockwave静压气体轴承由于其高精度、低摩擦等优点在机床行业、高速和精密机械工业、微细工程、空间技术、电子工业、医疗器械和核工业等得到了十分广泛的应用¨。21，但静压气体轴承供气孔出口后的压力陡降却一直限制着静压气体轴承的使用。随着气膜间隙的增大，气膜内甚至会出现负压，而传统的雷诺方程无法计算出流场内的压力陡降。Mori等po在研究单孔静压气体圆盘止推轴承的压力分布时，将气膜内的流场分为超音速流动、亚音速

7、流动及粘性等温流动3段；假设超音速流因正激波的产生而转变为亚音速流。之后，Haruyama等H。引入气体惯性力对Mori等的理论进行了改进，将3段流动分别假设为绝热无粘性等熵流动、惯性力占主导的无粘性等温流动及考虑惯性力的粘性等温流动。该方法能够定性地解释气膜内的压力突降和压力回升，但是计算压力与实验压力吻合性差且不能解释流场的特征变化。Yoshimoto等p1假设压力回升段的流动状态由层流转为湍流，采用N—S方程，利用有限差分法进行流场计算，通过增大压力回升段的粘度设定值使计算压力和实验压力分布更加吻合。该方法的计算压力分布曲线与实验结果吻合性好，但是假设气膜