高速轴承喷油润滑的碰撞飞溅分析

论文摘要

随着现代广泛应用于航空航天领域的燃气涡轮发动机推重比不断提高的趋势,转子速度和工作温度也不断提高。目前,喷嘴直接喷射润滑和环下供油润滑技术已经成为航空发动机高速轴承供油系统最主要的润滑方式,其中喷射润滑产生的二相流对润滑效果有一定的影响但其形成机理尚不清楚。本文针对喷油润滑过程中出现的二相流现象进行了分析,研究了喷射过程中自由射流破碎、射流壁面碰撞飞溅两个阶段中喷射液滴的发展过程,建立了模型计算两个阶段的破碎程度以及最后的飞溅率,设计了小型喷射实验系统,针对自由射流进行了实验。本文的研究为后面通过喷油润滑形成二相流的含气率来进一步研究二相流的流变特性奠定了理论基础。论文首先在TAB破碎理论的基础上利用破碎前后液滴总的能量守恒建立了自由破碎子液滴的尺寸计算模型。发现自由射流破碎存在一个临界值,仅当相应的射流参数达到这个临界值后喷射液滴才发生破碎,临界值主要和喷嘴直径、喷射速度、液体表面张力关系较大,而与液体密度以及液体粘度关系较小。其中表面张力对破碎过程起抑制作用而喷嘴直径和喷射速度都对破碎过程起促进的作用。在自由射流破碎子液滴尺寸计算模型的基础上进一步研究了液滴与静止壁面碰撞后溅射率的计算问题。在吴子牛唯象理论的基础上发展了多液滴碰壁的飞溅液滴尺寸模型,建立了飞溅液滴的数量计算模型,进而在两个模型的基础上计算了液滴与静止壁面碰撞后的溅射率。其中,斜射流的情况还考虑了倾角对于溅射过程的影响。结果发现自由射流破碎的临界值对溅射率并没有本质的影响;溅射速度比喷嘴直径对溅射率的影响更大;射流倾角主要影响液滴在壁面形成液膜增加流动过程中的耗散能。针对理论设计了小型的高速喷油实验,通过光学显微镜和计算机图像采集系统观察了不同喷嘴直径以及喷射压力下喷射润滑油在玻璃管内的形态,其中数码相机记录了破碎前后的变化。实验结果与理论进行了比较,结果基本吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 自由射流破碎研究的发展现状
• 1.2.2 壁面碰撞问题的研究发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 高速喷油的自由射流破碎分析
• 2.1 喷嘴结构对喷射的影响
• 2.2 自由射流破碎模型
• 2.3 自由射流破碎与射流参数关系
• 2.3.1 喷嘴直径的影响
• 2.3.2 喷射速度的影响
• 2.3.3 密度的影响
• 2.3.4 粘度的影响
• 2.3.5 表面张力的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 高速喷油垂直射流的静壁面碰撞分析
• 3.1 碰撞飞溅及判据
• 3.2 射流飞溅溅射尺寸计算模型
• 3.3 射流飞溅溅射数量建模
• 3.4 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 高速喷油斜射流的静壁面碰撞分析
• 4.1 水平速度的影响分析以及耗散能的计算
• 4.2 斜射流溅射尺寸计算模型
• 4.3 斜射流溅射数量计算模型
• 4.4 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 高速喷油实验及分析
• 5.1 实验系统组成
• 5.1.1 实验喷嘴装置的结构设计
• 5.1.2 图像采集系统
• 5.2 实验及结果分析
• 5.2.1 系统标定
• 5.2.2 不同喷油参数下的实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢