·1712 工程科学学报，第39卷，第11期 两侧进水口同时进入间隙内，润滑水在转子旋转带动 边界条件为：润滑水密度p,=998.2kgm3及其黏 下，在收敛楔和发散楔内形成压力，并从轴承两侧的出 度44=0.001Pa·s:难溶气体密度p,=1.225kgm3及 水口流出.具体结构几何参数见表1 其黏度4=1.789×10-5Pa·s;水蒸气密度p.= 表1滑动轴承结构几何参数 0.5542kgm3及其黏度4=1.34×10-5Pas:轴瓦边 Table 1 Geometric parameters of sliding bearing structure 界固定，转子转速2=30000r·min.供水压力为 参数 数值 0.17MPa(表压，参考压力P。=0.1MPa),出口为轴向 轴承直径，D/mm 15 两个端面，压力设定为P。,偏心率e1=0.1、82=0.25、 轴承宽度，B/mm 15 63=0.5.由于实际工况复杂，润滑水中难溶气体含量 转子直径，d/mm 14.96 变化范围较大，本文有针对性的选取体积分数α。的范 进水口直径，/mm 1 围为0-0.4. 在网格划分和边界条件设定完成之后，将模型导 1.3网格划分特点及边界条件设定 入fluent求解器中进行数值模拟计算，设定迭代收敛 将建立好的三维物理模型导入Gambit中进行网 判定依据为气体体积分数变量的迭代残余量小于 格划分，全场采用六面体结构化网格划分方案，为了提 106数量级，其余变量迭代残余量小于10数量级，同 高网格质量和准确性，在进水口和水膜厚度方向进行 时监测转子表面最大气体体积分数是否变化，待收敛 网格加密，使得两侧壁面速度梯度不影响流场结果. 后导入CFD-Post中进行后处理. 考虑到计算机的计算能力和计算精度等因素，综合比 较下，选择网格总数为150万~180万的划分方案，模 2计算结果分析 型网格分块方式如图3所示 2.1对轴承间隙气相分布的影响 图4和5是当偏心率e1=0.1和e3=0.5时，在润 滑水中难溶气体体积分数a=0和a3=0.4两种典 型情况下的轴表面气相体积分数α。分布云图，可以看 G G 出，气相大部分存在于发散楔中，随着偏心的增大，发 散楔中气穴效应增强，气相范围和气体体积分数也在 不断增加 以偏心率61=0.1和难溶气体体积分数=0时 为例，从负Y轴方向看，图6所示为轴表面气相体积分 数心，分布云图，图7所示为轴瓦表面气相体积分数a, 分布云图.可以看出，在滑动轴承间隙中，最大气体体 积分数存在于轴表面，沿径向从轴表面到轴瓦内表面， 图3水膜网格结构图 润滑水中气体体积分数逐渐降低，一定程度降低了运 Fig.3 Structure of water film grid 转过程中产生的摩擦阻力.轴承间隙发散楔中的气体 气相体积分数a 气相体积分数： 503x10 841×10-3 771- 0 0.0050.010m 00.0050.010m 人 0.00250.0075 0.00250.0075 图4s1=0.1时轴表面气相体积分数a.分布云图.(a)a1=0:(b)a=0.4 Fig.4 Axis surface gas phase volume fraction distribution when s1=0.1:(a)=0:(b)o=0.4工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 两侧进水口同时进入间隙内，润滑水在转子旋转带动 下，在收敛楔和发散楔内形成压力，并从轴承两侧的出 水口流出． 具体结构几何参数见表 1． 表 1 滑动轴承结构几何参数 Table 1 Geometric parameters of sliding bearing structure 参数 数值 轴承直径，D/mm 15 轴承宽度，B/mm 15 转子直径，d /mm 14. 96 进水口直径，l /mm 1 1. 3 网格划分特点及边界条件设定 将建立好的三维物理模型导入 Gambit 中进行网 格划分，全场采用六面体结构化网格划分方案，为了提 高网格质量和准确性，在进水口和水膜厚度方向进行 网格加密，使得两侧壁面速度梯度不影响流场结果． 考虑到计算机的计算能力和计算精度等因素，综合比 较下，选择网格总数为 150 万 ～ 180 万的划分方案，模 型网格分块方式如图 3 所示． 图 3 水膜网格结构图 Fig． 3 Structure of water film grid 图 4 ε1 = 0. 1 时轴表面气相体积分数 αs 分布云图． ( a) αg1 = 0; ( b) αg3 = 0. 4 Fig． 4 Axis surface gas phase volume fraction distribution when ε1 = 0. 1: ( a) αg1 = 0; ( b) αg3 = 0. 4 边界条件为: 润滑水密度 ρl = 998. 2 kg·m － 3及其黏 度μl = 0. 001 Pa·s; 难溶气体密度 ρg = 1. 225 kg·m － 3及 其黏 度 μg = 1. 789 × 10 － 5 Pa·s; 水 蒸 气 密 度 ρv = 0. 5542 kg·m － 3及其黏度 μv = 1. 34 × 10 － 5 Pa·s; 轴瓦边 界固定，转 子 转 速 Ω = 30000 r·min － 1 ． 供水 压 力 为 0. 17 MPa( 表压，参考压力 P0 = 0. 1 MPa) ，出口为轴向 两个端面，压力设定为 P0，偏心率 ε1 = 0. 1、ε2 = 0. 25、 ε3 = 0. 5． 由于实际工况复杂，润滑水中难溶气体含量 变化范围较大，本文有针对性的选取体积分数 αg 的范 围为 0 ～ 0. 4． 在网格划分和边界条件设定完成之后，将模型导 入 fluent 求解器中进行数值模拟计算，设定迭代收敛 判定依据为气体体积分数变量的迭代残余量小于 10 － 6数量级，其余变量迭代残余量小于 10 － 3数量级，同 时监测转子表面最大气体体积分数是否变化，待收敛 后导入 CFD--Post 中进行后处理． 2 计算结果分析 2. 1 对轴承间隙气相分布的影响 图 4 和 5 是当偏心率 ε1 = 0. 1 和 ε3 = 0. 5 时，在润 滑水中难溶气体体积分数 αg1 = 0 和 αg3 = 0. 4 两种典 型情况下的轴表面气相体积分数 αs 分布云图，可以看 出，气相大部分存在于发散楔中，随着偏心的增大，发 散楔中气穴效应增强，气相范围和气体体积分数也在 不断增加． 以偏心率 ε1 = 0. 1 和难溶气体体积分数 αg1 = 0 时 为例，从负 Y 轴方向看，图 6 所示为轴表面气相体积分 数 αs 分布云图，图 7 所示为轴瓦表面气相体积分数 αz 分布云图． 可以看出，在滑动轴承间隙中，最大气体体 积分数存在于轴表面，沿径向从轴表面到轴瓦内表面， 润滑水中气体体积分数逐渐降低，一定程度降低了运 转过程中产生的摩擦阻力． 轴承间隙发散楔中的气体 · 2171 ·