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航空发动机热区轴承腔壁面油膜流动及温度特性: 2020年; 将热区轴承腔壁面油膜划分为若干上下游相互关联的流动控制单元,结合壁面油膜流动状态以及油滴的运动状态进行单位时间内各壁面油膜控制单元中的油滴/油膜碰撞转移分析,基于此构建壁面油膜控制单元的非定常质量、动量和能量方程,并利用Matlab自编软件求解获得轴承腔壁面油膜厚度分布、流动速度分布和温度分布特性,最终形成轴承腔壁面油膜流动及温度特性分析的方法。结果表明:在所研究的工况范围内,轴承腔壁面油膜厚度分布在0~1 mm内,油膜速度分布在0~5 m/s范围内,壁面油膜温度分布在100~140℃范围内;轴承腔左右两侧的壁面油膜厚度、速度和温度都随着周向角度的增加而不断增加,且在相同工况下轴承腔壁面油膜的最高温度比最低温度增加了约为13%;随转子转速的增加,轴承腔壁面油膜的速度及温度是增加的,而壁面油膜的厚度是减小的;随着进油量的增加,轴承腔壁面油膜厚度和速度是增加的,而油膜温度略有下降。开展的航空发动机热区轴承腔壁面油膜流动及换热特性研究工作,为轴承腔润滑系统的精确设计提供了理论支持和基础数据。; 方龙陈国定; 关键词：油膜厚度

轴承腔油滴碰撞腔壁沉积特性分析被引量：1: 2017年; 为提供轴承腔油膜流动状态分析所需基础参数,提出考虑温度条件的轴承腔油滴碰撞腔壁沉积特性分析模型.梳理油滴碰撞腔壁沉积准则,在考虑油滴温度变化的条件下,确定不同碰撞现象时油滴碰撞腔壁沉积质量和动量特性.以油滴碰撞腔壁时对腔壁的冷却效率为基础,借助热量守恒条件推导油滴碰撞腔壁的沉积热量特性.讨论温度效应、转子转速、油滴直径以及进气温度等参数对油滴碰撞腔壁沉积特性的影响.计算结果表明:考虑油滴在腔内运动温度效应后,油滴碰撞腔壁的质量沉积率和动量沉积率均略有降低;转子转速以及油滴直径增加后,油滴碰撞腔壁的质量、动量和热量沉积率均有所降低;随着进气温度的增加,油滴的热量沉积率增加.; 王莉娜陈国定孙恒超; 关键词：航空发动机轴承腔换热热量

冷液滴/热液池碰撞混合及温度特性被引量：2: 2019年; 创建了"高速-红外"同步摄影装置,并利用该装置开展了大量的冷液滴/热液池碰撞实验,观测了冷液滴/热液池碰撞过程中混合换热区域的形态及温度变化,分析了工况条件对碰撞过程中冷热液体混合换热的影响,并建立了碰撞混合换热区域平均温度与工况条件间无量纲关系.通过研究发现:冷液滴/热液池碰撞区域温度迅速升高的主要原因为冷/热液体发生了混合;在碰撞初始阶段,冷液滴并没有与热液池迅速融为一体,而是以新月状"变形液滴"的形式存在;在中心射流向上移动的过程中,正在混合的冷/热液体分成两部分,一部分混合液体流向中心射流,而另一部分流向液池底部;混合区域的平均温度在碰撞初始阶段随着碰撞时间的增加先略有下降随后又迅速增加,但其升高进程会被空腔坍缩打断,并在空腔坍缩后达到极值点,随后因中心射流的出现而产生波动现象;混合区域平均温度极值点的温度值与碰撞韦伯数满足一定的无量纲关系,而平均温度极值点出现时间与液滴弗劳德数满足一定的无量纲关系.; 方龙陈国定; 关键词：温度特性

运动油滴/固体壁面斜碰撞及油膜铺展的数值模拟被引量：2: 2015年; 基于Volume of Fluid(VOF)方法建立了运动油滴/固体壁面斜碰撞及油膜铺展的数值计算模型,分析了运动油滴/固体壁面斜碰撞后的油膜铺展特征,讨论了油滴入射角、碰撞速度和油滴直径等对油膜铺展特征的影响规律。研究结果表明,前铺展因子随着入射角的减小而增大,随着碰撞速度和油滴直径的增大而增大;后铺展因子绝对值随着入射角和油滴直径的减小而减小,而碰撞速度对其几近没有影响,同时在入射角和油滴直径较小的情况下较易观察到铺展油膜的滑移现象;数值模拟结果与试验结果较好的吻合性证明了该数值模拟方法的正确性。; 刘登陈国定孙恒超; 关键词：航空发动机轴承腔碰撞

轴承腔油滴/固体壁面斜碰撞的试验及理论研究被引量：1: 2016年; 针对先前研究工作的不足,采用VOF(volume of fluid)方法建立了用于油滴/固体壁面斜碰撞分析的三维对称数值模型,并设计制作了相应的试验装置。通过试验研究和数值分析相结合的方式,分析了油滴/固体壁面斜碰撞后沉积油膜在倾斜壁面上沿不同方向的铺展特性,根据大量的数值计算结果建立了沉积油膜最大特征直径与油滴入射工况条件之间的无量纲化函数关系;最后根据能量守恒的原理推导出一个判断油滴/壁面斜碰撞状态的方法,并借助试验结果对文中的判断方法进行了验证,证实了该判断方法的可靠性。文中开展的研究工作为轴承腔中油气两相流动分析提供了基础理论依据,具有较高的学术意义和工程应用价值。; 方龙陈国定; 关键词：轴承腔斜碰撞

轴承腔油滴含率及油滴相与空气能量传递分析被引量：4: 2016年; 为了改善迄今轴承腔油滴运动分析未包含油滴与空气热量传递以及油滴相/空气介质均相处理中油滴含率确定方式不够准确的不足,借助单个油滴运动分析和油滴尺寸分布提出了轴承腔油滴含率及油滴相与空气能量传递分析方法。首先在考虑单个油滴与空气对流换热条件下,将油滴能量方程嵌入运动方程,并同步离散求解油滴运动方程和能量方程,实现了单个油滴运动速度和温度的联立求解,通过与试验结果对比证明考虑温度效应有助于提升油滴速度计算的准确性;然后确定了轴承腔油滴尺寸分布,并离散油滴尺寸分布范围以及轴承腔流场空间,进行油滴运动分析确定了轴承腔不同径向位置处油滴的体积和质量含率及油滴相与空气的动能和热能传递量。构建了圆盘腔油滴含率试验台,开展了油滴体积含率的试验测量,理论计算值与试验值较为吻合,验证了轴承腔油滴含率分析方法的有效性。; 孙恒超陈国定王莉娜王菲; 关键词：航空发动机轴承腔液滴对流换热热能

基于悬浮液拟均相处理的轴承腔两相介质流动: 2014年; 针对航空发动机轴承腔中润滑油滴与气相介质的混合介质处理问题,提出基于悬浮液理论的混合介质拟均相处理技术,将轴承腔中润滑油滴与气相介质的混合流体形态转换为拟均相介质流体形态,形成拟均相介质等效物理参数计算方法。采用提出的拟均相处理方法,分析轴承腔两相介质流场,揭示了若干工况条件下的拟均相介质压力和速度的分布规律,并与其它同类型方法及试验的结果进行了对比。结果表明,基于悬浮液理论的拟均相处理方法可以运用于对轴承腔中润滑油滴/气相介质的处理上,并且有更好的效果。; 陈俊宇陈国定尤浩孙恒超; 关键词：轴承腔航空发动机

轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析被引量：6: 2016年; 轴承腔的润滑和换热设计依赖于对腔内油气两相流动和换热状态的准确理解。针对先前研究工作的不足,在包含油滴碰撞腔壁热量交换、沉积热量以及油膜温度即考虑温度效应的条件下,开展了油滴沉积特性及油膜流动特征分析。首先分析了单个油滴碰撞腔壁沉积特性,确定了油滴的沉积质量、动量和热量。其次在考虑油滴尺寸分布的条件下,通过离散油滴尺寸范围的方式确定了腔内所有油滴碰撞腔壁的沉积油膜质量、动量和热量。最后借助力学平衡和质量守恒条件,以上述参数为基础计算了腔壁油膜温度以及速度和厚度的分布情况。计算结果表明,随着转子转速的增加,油滴的质量、动量和热量沉积率有所降低,一次沉积油膜质量、沉积油膜动量、沉积油膜热量以及油膜速度均有所增加,而油膜厚度降低。通过与试验数据的对比表明,提出的轴承腔油滴沉积特性及油膜流动特征分析方法是较为可靠的,并且考虑温度效应使油膜厚度的计算更为准确。分析工作为轴承腔的润滑和换热设计提供了一定的参考依据。; 王莉娜陈国定孙恒超; 关键词：航空发动机轴承腔油膜对流换热温度

旋转圆盘腔壁面油膜运动特性分析被引量：2: 2013年; 分析了基于一种航空发动机轴承腔的拓扑结构——旋转圆盘腔壁面油膜的形成和运动特性。在获得旋转圆盘腔气相介质流场的基础上,建立了考虑油滴重力及空气阻力的油滴运动、油滴沉积及油膜运动模型,讨论了圆盘腔结构以及工况对于油膜运动特性的影响。研究结果表明,低速和高速工况下腔壁左右两侧油膜受力的不同导致油膜流动方向不同,油膜厚度和油膜平均速度沿圆盘腔壁面的周向分布规律有明显的差异;进油量和腔体结构对圆盘腔左右两侧的油膜厚度和平均速度影响会有差异,而且差异在低转速工况下会更加明显。; 万然张永红陈国定刘阳郁丽; 关键词：轴承腔油膜厚度

喷射油滴沉积油膜的流动铺展特性研究被引量：6: 2016年; 航空齿轮和航空发动机主轴轴承都采用喷油润滑的方式进行润滑,喷射油滴与机械零件表面碰撞后形成的沉积油膜的流动特性影响着机械零件的润滑状态和功能。由于有关喷射油滴与固体表面碰撞形成沉积油膜及其流动铺展特性研究较为鲜见,已有的相关研究集中于液滴/固体壁面正碰撞条件下的非油类液膜流动分析,故而对机械零件相关润滑分析计算支持极为有限。采用VOF方法建立了喷射油滴/固体壁面斜碰撞及其沉积油膜流动铺展数值分析模型,通过试验研究对数值分析模型进行了修正,进而基于此数值分析模型分析了航空传动零件润滑等效条件下喷射油滴/固体壁面斜碰撞沉积油膜流动铺展特性,通过与国外相关试验结果的对比验证了所提出的数值分析模型的正确性和实用性。所开展的喷射油滴沉积油膜的流动铺展特性研究,为航空机械零部件润滑计算提供了技术方法和基础数据,对于实现航空机械零部件精确润滑设计有明显的工程意义。; 方龙陈国定刘登; 关键词：航空齿轮轴承腔斜碰撞

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国家自然科学基金(51275411)

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