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阵列型小孔节流静压空气平面轴承的建模仿真研究

作　者: 陈改革
导　师: 杨涛
学　校: 西南科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 空气轴承节流器阵列计算流体力学(CFD) 等效电路建模仿真分段非线性插值
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 67次
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内容摘要

空气轴承具有支承不接触、运动无摩损和定位精确等特点,阵列型空气轴承在特殊工业场合有重要的应用。基于计算流体力学(CFD)软件FLUENT ,采用三维双精度粘性湍流标准两方程模型,分析了节流器个数等对多节流器耦合后的阵列型空气轴承气膜特性的影响,所得结果可为空气轴承的设计提供参考,也可为建立节流器阵列气膜压强的解析模型提供建模数据。针对CFD方法计算节流器阵列气膜承载力时间过长的问题,提出了节流器单元气膜等效电路建模与分段非线性插值结合的方法。建立了单元气膜等效电路模型并确定了插值函数,通过电路仿真和插值计算得到了单元气膜承载力,与CFD仿真结果相比误差为3.7%。进而建立了3×4和4×4节流器阵列等效电路模型,快速计算出了两种阵列气膜承载力。用节流器4×4阵列实物测试验证了CFD仿真结果,以CFD结果为参考值得出等效电路方法计算两种阵列气膜承载力的误差为10.16%和8.74%,计算时间和结果误差表明了单元模型的有效性。该方法缩短了阵列气膜承载力的计算时间,为更大阵列和其它结构参数阵列气膜承载力的快速等效计算提供了一种可行方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题来源  8
  1.2 工作原理和研究现状  8-13
    1.2.1 空气轴承工作原理  8-11
    1.2.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 存在的问题及研究内容安排  13-17
    1.3.1 存在的问题  13-14
    1.3.2 研究内容及其安排  14-17
2 节流器阵列建模仿真理论  17-28
  2.1 气体流动控制方程  17-19
    2.1.1 气体流动基本方程  17-18
    2.1.2 气体润滑雷诺方程及其数值求解  18-19
  2.2 三维湍流数值求解模型  19-24
    2.2.1 湍流的数值模拟方法  19-21
    2.2.2 标准κ-ε两方程模型  21-23
    2.2.3 RNG κ-ε两方程模型  23-24
  2.3 结构参数的确定及等效电路建模  24-27
    2.3.1 空气轴承的节流理论  24-25
    2.3.2 节流器阵列结构参数的确定  25-26
    2.3.3 气膜等效电路建模原理  26-27
  2.4 小结  27-28
3 节流器阵列的三维CFD 建模仿真  28-54
  3.1 阵列三维几何建模及网格划分  28-37
    3.1.1 CFD 三维建模、网格划分及边界条件的应用  28-29
    3.1.2 节流器阵列的三维几何建模  29-31
    3.1.3 阵列模型的网格划分及边界面设置  31-37
  3.2 求解器、边界条件及控制参数的确定  37-42
    3.2.1 求解器及计算模型的确定  37-38
    3.2.2 CFD 仿真的边界条件设置  38-40
    3.2.3 求解过程控制参数设置  40-42
  3.3 CFD 仿真结果及结论  42-53
    3.3.1 节流器阵列气膜压强的CFD 仿真结果  42-44
    3.3.2 节流器阵列气膜压强分布的分析  44-49
    3.3.3 节流器个数对阵列性能的影响分析  49-50
    3.3.4 其它参数对气膜特性影响的CFD 仿真分析  50-53
  3.4 小结  53-54
4 气膜压强等效电路建模与仿真  54-86
  4.1 节流器单元气膜的等效电路建模  54-62
    4.1.1 单元气膜等效电路模型的结构  54-55
    4.1.2 单元气膜等效电路模型的参数  55-62
  4.2 单元气膜区域插值函数的确定  62-68
    4.2.1 插值函数的气膜区域分段  62-64
    4.2.2 插值函数表达式的确定  64-68
  4.3 单元电路模型仿真及模型误差计算  68-73
    4.3.1 单元电路模型仿真  68-71
    4.3.2 单元气膜承载力计算  71-73
    4.3.3 单元电路模型的误差计算  73
  4.4 节流器阵列电路建模仿真和气膜承载力计算  73-85
    4.4.1 节流器3×4 阵列等效电路建模  73-75
    4.4.2 节流器3×4 阵列等效电路仿真  75-76
    4.4.3 节流器3×4 阵列气膜承载力计算  76-80
    4.4.4 节流器4×4 阵列等效电路建模  80-81
    4.4.5 节流器4×4 阵列等效电路仿真  81-82
    4.4.6 节流器4×4 阵列气膜承载力计算  82-85
  4.5 小结  85-86
5 实物验证及模型的有效性分析  86-91
  5.1 CFD 仿真结果的实物验证  86-88
  5.2 电路模型和插值函数的有效性分析  88-90
  5.3 小结  90-91
结论  91-93
致谢  93-94
参考文献  94-98
附录  98-100
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果  100

阵列型小孔节流静压空气平面轴承的建模仿真研究

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