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复杂空间由运动体诱导的润滑脂/基础油/空气多相流动规律研究

时间:2016/6/5 21:52:11

国家自然科学基金

项目名称: 复杂空间由运动体诱导的润滑脂/基础油/空气多相流动规律研究

资助编号:51306086    承担单位:兰州交通大学   项目负责人:张强   执行年限:20140.01-2016.12   

l 项目简介

本项目是国家自然科学基金关于在复杂空间润滑脂/基础油/空气多相流动规律的研究。润滑脂润滑的场合非常广泛,约80%的滚动轴承使用润滑脂润滑。润滑脂、基础油及其空气在其工作空间的流动决定着滚动接触区润滑剂的动态补给。该补给过程就是润滑脂润滑的机理,直到现在还没有达成共识。润滑脂、基础油及其空气在其工作空间的流动属于运动体诱导的多相流流动。加之润滑脂的非线性流变学特性,该流动非常复杂。在鲜见系统研究报道的现状下,项目采用理论分析、数值分析和实验相结的方法拟开展四个方面的研究:(1)做诱导流动润滑脂的流动规律及其描述;(2)基础油、稠化剂脱离润滑脂现象;(3)诱导流动润滑脂内的基础油和稠化剂的传质现象及其描述;(4)运动体诱导空气流动对基础油、稠化剂、润滑脂流动的作用机理。渴望获得:复杂空间由运动体诱导的润滑脂/基础油/空气多相流动规律;能揭示润滑脂润滑机理的关键基础依据;能用于研究润滑脂、优化设计润滑脂工作空间的基础数据。从而,项目结果具有较大的学术意义和较高的实用价值。

l 主要研究进展

1.为了能够观察到轴承内部润滑脂,空气的流动,我们设想用ct机对滚动轴承的内部进行扫描,因此,通过对实验要求的分析,我们搭建了如图1所示的加载实验台,在该实验台中,电机额定功率为250W转速90-1350r/min。US控箱速度调节范围为90 RPM-1400 RPM,调节方式为VR调制式。轴承采用6010尼龙轴承,轴采用树脂轴。

       复杂空间由运动体诱导的润滑脂/基础油/空气多相流动规律研究

              图1,加载实验台                                                                       图2, CT扫描原理

2.CT机扫描法对滚动轴承内部润滑脂的扫描研究,如图2,我们用螺旋ct(图3)、锥形ct(图4)、曲面ct(图5)进行了不同扫描研究,得到了不同的扫描结果,对比扫描结果我们发现,曲面ct机拍摄的照片,润滑脂,空气,油膜之间分界面清晰,因此,在本研究中采用曲面ct进行研究,并对跑合阶段和正常运转阶段分别进行了研究。我们发现:a、滚动轴承在跑合阶段会把滚道上的一部分润滑脂挤出滚动,大量的堆积在保持架周围,在滚动体上能够较快的形成油膜,对轴承起润滑作用。b、在跑合阶段,随着时间的增加,滚动轴承内部空气流动会使得滚动体润滑油膜减薄。c、在正常运转阶段,滚动体表面油膜比跑合阶段较薄,同时,滚动体会始终有一侧和保持架上的润滑脂直接接触,能够补充基础油在润滑中的消耗,对滚动轴承持续润滑起到保障作用。

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    图3,螺旋CT扫描结果           图4,锥形CT扫描结果               图5,曲面CT扫描结果

3.我们进行了润滑脂传质实验台的建设以及用坩埚烧结法进行了实验研究。对不同转速(图6),不同时刻(图7),不同位置的润滑脂进行取样研究。对实验数据进行了初步分析研究,发现随着转速,时间的不同,润滑脂内的稠化剂有明显的传质现象。

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  图6,不同转速下传质结果分析图

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  图7,不同时间下传质结果分析图

4.对滚动轴承脂润滑进行仿真模拟研究,采用动网格的技术(图8),让滚动轴承模拟真实的运动情况来研究润滑脂,基础油的流动规律,现在初步能对润滑脂压力场进行分析(图9,图10),但是滚动体的动网格技术及粘性和滚动体的相互作用等方面还在进一步研究中。

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       图8,轴承网格图                       图9,压力曲线图                           图10,压力场图


l 主要研究成果

发表论文6篇,其中国内期刊3篇,其中EI一篇;国际会议1篇;国内会议1篇;国内多相流会议1篇。申请专利1项。

[1] 张强,王良璧.等热流边界条件二次流强化传热机理研究.工程热物理学报(已录用)。

[2]张强,王良璧.通道内矩形涡对涡发生器强化换热的数值研究[J].兰州交通大学学报, 2014, (6):110-114

[3] 张强,王良璧.等热流边界条件二次流强化传热机理研究.工程热物理传热传质年会,2015

[4] 张强,王良璧.滚动轴承工作时润滑脂流动显示方法研究.工程热物理多相流年会,2015

[5] Qiang Zhang, Liangbi Wang.STUDY OF THE MECHANISM OF CONVECTION HEAT TRANSFER ENHANCEMENT BY VORTEX GENERATORS IN LAMINAR FLUID FLOW.ASCHT2015

[6] 李海龙,张强.粒子群PI控制在APF直流侧电压波动中的研究.电力电子技术(已录用)

[7]椭圆管管翅式换热器流线型等波幅抛物形波纹翅片,发明专利,2014103755408,张强;王良璧;王良成;宋克伟;张昆;胡万玲;林志敏.[发明公布]

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