扇形单元有限体积法计算螺旋槽气体推力轴承润滑

"这篇论文是2010年由刘韧和王晓力在北京理工大学机械与车辆学院发表的，探讨了基于有限体积法的螺旋槽气体推力轴承润滑计算方法。研究中，作者通过坐标变换简化了螺旋区域的计算，采用有限体积法对气体雷诺方程进行了离散化处理，以此来模拟和分析气体轴承的工作特性。" 正文: 气体推力轴承是一种利用气体作为润滑介质的精密轴承，它在高速旋转设备中有着广泛的应用，因为气体分子间的距离较大，可以提供较低的摩擦系数和较高的工作速度。在本文中，作者关注的是带有螺旋槽的气体推力轴承，这种设计能够改变气流方向，提高轴承的承载能力和稳定性。 在传统方法中，处理螺旋槽边界曲线的计算通常较为复杂。为解决这一问题，论文提出了一种创新的方法，即利用坐标变换将螺旋区域转换为扇形单元，这样可以简化计算过程并更方便地应用有限体积法。有限体积法是一种流行于流体动力学中的数值计算方法，它通过在网格上积分物理方程来求解，特别适合处理复杂的几何形状和非结构化网格。 论文的核心是通过对气体雷诺方程的离散化，建立了一个计算模型，用于分析螺旋槽气体轴承的润滑性能。通过对计算结果与有限差分法、有限元方法以及解析算法的结果进行对比，作者验证了新模型和数值方法的准确性。这表明，所提出的计算模型能有效地模拟气体轴承的工作状态，为理解和优化设计提供了有力工具。 研究结果揭示了一些关键的工程应用指导原则。例如，螺旋角的选择对于承载能力至关重要，当螺旋角在10°到15°之间时，轴承的承载能力达到最大。同时，随着槽深的减小，气体压力会增大，导致摩擦转矩也会相应增加。此外，压力分布的特性显示在槽台交界处压力会达到极值，这可能会影响轴承的稳定性和磨损。最后，高压缩数（气体密度与温度的关系）会导致压力增大和压力梯度增大，这对于优化轴承的设计和运行条件具有重要意义。 这篇论文通过有限体积法对螺旋槽气体推力轴承的润滑性能进行了深入研究，不仅提供了新的计算方法，还给出了影响轴承性能的关键因素。这些发现对气体轴承的设计和优化具有重要的理论和实践价值，对于提升高速旋转设备的效率和可靠性具有积极的推动作用。