气浮工作台性能数值模拟和实验分析.pdf

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1、(与开发DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2013．01．018气浮工作台性能数值模拟和实验分析牛童，王基威(中国石油天然气第一建设公司设计研究院，河南洛阳471023)摘要：运用计算流体力学FLUENT软件数值模拟，分析研究影响气浮工作台静态性能有关因素，并得到相应的变化曲线。进行气体静压实验，从实验结果可知，实验与数值模拟计算的结果有着较好的一致性，证明了该方法在气体润滑领域应用的可行性，也为进一步改进气浮工作台的结构没计，提升其性能提供了良好的依据。关键词：气浮工作台；FLUENT

2、；实验中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1009—9492(2013)01—0068—04StagePerformanceNumericalSimulationandExperimentalAnalysisNIUTong，WANGJi—wei(ChinaPetroleumFirstConstructionCorporation，DesignandResearchInstitute，Luoyang471023，China)Abstract：Itappliescomputationalfluiddyna

3、micsFLUENTsoftwarefornumericalsimulation．Ontheinfluenceofthestaticperformaneeofaerostatierelatedfactorsanalysis．itgivesthecorrespondingcuI、，e．Intheexperimentalplatformforgashydrostaticpressuretest．experimentalandnumericalsimulationresultshavegoodconsistency．

4、Itisprovedthattheapplicationofthismethodinthefieldofthefeasibilityofgaslubrication．Forthefurtherimprovementofstagedesign，itimprovesitsperformanceacademicbasis．Keywords：airbearingstage；FLUENT；experiment1概述其静态性能。实验结果和理论计算之间有着较好气浮工作台通过压缩空气在重物和支撑表面的一致性，从而说明数值模拟的

5、正确性和可行问形成空气薄膜，产生法向的推力支承重物，其性。优点主要是克服了传统工作台响应滞后大、行程2气浮工作台数学模型短、存在摩擦等不足，可在大规模集成电路制气浮工作台具有的承载能力、刚度等性能与造、微机械加工、二维精细测量上广泛应用，气膜间隙内的气体压力分布有很大的关系。确定代表着超精密、长行程的工作台的发展方向u。压力分布的方程可由气体力学的基本方程——气雷诺方程可以描述流体在气膜间隙内的流体运动方程、连续性方程、气体的状态方程和能动，但其形式较为复杂，多数情况下只能通过量方程导出H】。数值计算来求近似解

6、。在流体内部流场的数值气浮工作台数学模型如图1所示，依照这个计算中，常用的方法有有限差分法、有限元模型推导出气膜间隙内气体压力分布的方程。法、有限边界元法等t3l。运用有限差分法推导的方程可保证满足守恒定律，且可获得较高的计算效率和计算精度，是目前流动问题数值计算中广泛应用的方法。本文基于FLUENT软件，对气浮工作台内部流体的流场进行数值计算，给出了节流器的结构参数、供气压力等因素对承载力、静态刚度图1气浮丁作台数学模型的影响关系，并进行气浮工作台实验，由此得到河南省科技攻关重点项目(编号：092102210

7、033)收稿日期：2012—08—02一／／68／

8、l

9、。／【．．．．．．．．．．．【．—．—．．．L．．0．．-．．．．-J牛童等：气浮工作台性能数值模拟和实验分析研究与前处理器、求解器和后处理器，FLUENT中各立Navier—Stokes方程中的外力项，可以给出下列方模块之间的关联如图2所示。a+一厂一一／程式：一一+p(+++警)=照a2+．—一3a一／，aC+一●，C一／一一+啬{[2一(++警]]}+芳(考+]l+(+)]，斗p(鲁+01)十茜+]=旦Oy+立一』(址LOy竺一Z3(oOyau+言+

10、警]]}+(警+]]+OxLf~oy+)]，p(，等+++警]=图2FLUENT中各模块之间的关联本文采用FLUENT软件进行模拟计算，需先用GAMBIT软件进行前处理，最后进行计算结果的后处理，将结果以直观的形式输出18-91。FLUENT软件的使用步骤如图3所示。式(1)中，u，，是，Y，方向气体的速度，是气体的动力粘度，P是密度。为了说明气浮工作台各方面的性能，需要知道其承载能力