相比于有限元法,等几何法求解偏微分方程能以较少的自由度达到更高的求解精度。而多重网格法在处理大规模方程组求解方面应用广泛。为了满足流体仿真对雷诺方程求解的精度与速度的要求,对将等几何法与多重网格法相结合的方法求解雷诺方程进行了研究。文章首先对雷诺方程进行推导,建立适于等几何法的求解模型;然后研究了节点插入的细分算法,构建基于h细化的各层控制点网格之间与阶次相适应的映射矩阵,提出了基于h细化的等几何多重网格法求解模型并。通过不同计算实例发现等几何多重网格法计算效率明显优于单纯等几何法。

透平膨胀机应用的小孔节流式静压气体轴承的本质是动静压混合气体轴承,这里将动静压混合气体轴承作为研究对象,从动压轴承和静压轴承角度分别研究其工作原理和静态特性。混合气体轴承中气膜压力分布是求解轴承静态特性的关键,采用有限差分法(FDM)对含有气膜压力的Reynolds方程通过MTLAB编写的程序进行求解,分析混合轴承的工作原理并计算其静态特性。对比分析偏心率、转速、长径比和供气压力等因素对动压轴承和静压轴承静态特性的影响。结果表明增大偏心率、提高转速、增大供气压力,采用轴承大长径比均可以提高动静压混合气体轴承的承载力;增大偏心率和提高转速,可增大气膜刚度,降低转子姿态角,提高转子稳定性。

气动力敏机械手指是利用气压测微技术和气膜柔性承载技术,将触觉传感器和普通机械手结合为一体,实现对工件无损伤抓取。芯轴与辊环之间的气膜是组成测力系统的关键部分,气膜内的气体压力分布状态直接影响气动力敏机械手指的工作性能。介绍了气动力敏机械手指的结构及工作原理,推导了气膜压力场雷诺方程,并采用FLUENT软件仿真计算了气膜压力场。得出的结果为实际气动力敏机械手指的设计提供了理论基础。

在现阶段,活塞式气动马达润滑系统一般还在运用甩油盘飞溅润滑技术,这种技术的缺点就是对润滑油的控制不精确,不能使马达达到最佳的使用效率及工作寿命。现就这一问题作进一步的探讨,用纳维-斯托克斯方程和雷诺方程,以及润滑机理联合进行润滑油量的计算分析,力求做到对这种气动马达润滑系统的润滑油路和结构组成进行设计更新。

考虑活塞具有矩形织构的摩擦与润滑因素,研究充气式双筒液压减振器动态阻尼特性。建立双筒液压减振器的阻尼特性数学模型和动压润滑方程,对减振器阻尼特性数学方程的复原和压缩行程进行求解,得到减振器上、下腔压力。采用雷诺空化边界条件,将上、下腔压力作为初始压力,对Reynolds方程采用五点差分法进行离散,利用超松弛迭代法(successive over⁃relaxation,简称SOR)进行求解,得到摩擦阻尼力。分析了活塞运动速度、织构深度、织构宽度、油膜厚度、活塞半径和宽度等因素对摩擦阻尼的影响,以及摩擦因素对减振器动态阻尼特性的影响,研究发现:减振器活塞与缸筒之间的摩擦力和阻尼力随着活塞速度、织构宽度和活塞宽度的增加而增加,随着织构深度的增加而先增加后减小,随着油膜厚度的增加而减小;活塞半径对摩擦力无明显影响。

针对液黏调速离合器接合过程中的挤压膜流动以及摩擦阶段过渡问题,综合考虑摩擦副表面粗糙度、表面油槽结构和流体惯性力等因素,根据流体动压润滑理论和GW粗糙接触模型,建立离合器接合过程的动力学模型,并采用有限体积法对平均流量雷诺方程求解,对挤压过程中的油膜压缩速度、油膜厚度、被动盘转速、传递转矩等动力学参数的变化规律展开了仿真分析。仿真结果表明,液黏调速离合器接合过程主要处于流体润滑阶段和混合摩擦阶段。流体润滑阶段黏性扭矩迅速增加,但是相对角速度变化不大,由于油膜厚度变化较快,在0.1 s左右进入混合摩擦阶段,该阶段油膜厚度变化较小,黏性扭矩逐渐下降至零,摩擦扭矩开始占据主导地位。

水润滑滑动轴承在水液压柱塞泵/马达、潜水电机等海洋水下机械装备中应用广泛,其性能好坏对整机可靠性具有重要影响。对水润滑滑动轴承动压效应进行了理论分析,基于Reynolds方程建立了轴承动压效应的数学模型并通过有限差分法进行数值求解,系统分析了偏心率、半径间隙、宽径比等不同结构参数对轴承水膜压力分布、偏位角以及承载力的影响规律。仿真结果表明:水膜最大动压值及承载力随偏心率的增加而增大,偏位角则随偏心率的增加而减小;半径间隙的增大会使轴承承载力近似呈线性减小;增大宽径比有助于提高水膜动压承载能力,但承压增幅将不断减小。为水润滑滑动轴承的设计选型以及高可靠水液压元件、潜水电机等水下机械装备的研制提供参考。

通过建立轴向柱塞泵配流副的几何模型,利用雷诺方程推导了配流副的油膜压力方程,采用有限差分法和松弛迭代法求解雷诺方程。利用FORTRAN语言编程求解,利用MATLAB语言对油膜厚度、压力、温度分布进行了仿真研究。结合油膜厚度方程、雷诺方程、能量方程、弹性变形方程、黏温黏压方程和密度温压方程,仿真微观织构配流副的热弹流润滑特性。研究表明:配流副油膜厚度增大,最大油膜压力减小,最高温度值减小;配流副的热-流-固耦合效果随油膜间隙收敛逐渐明显,在最小油膜厚度处达到最大,并且,油膜压力值达到最大;加工微观织构可以显著改变配流副的油膜压力和温度分布。

根据液体润滑理论建立了斜线槽液体润滑非接触式机械密封数值分析模型定义了斜线槽的主要几何结构参数采用有限元方法求解雷诺方程获得了端面液膜压力分布分析了斜线槽端面几何参数对端面开启力、泄漏量、液膜刚度等对密封性能参数的影响规律。结果表明斜线槽槽根半径不能取值过大或过小大约为58mm时能取得最优的密封性能;斜线槽液体润滑非接触式机械密封倾斜角α1不应该大于倾斜角α2否则密封性能会很大程度上削弱。

为了研究液黏传动油液承载力的变化，选取非惯性坐标系，从流体力学方程入手，推导得到液黏传动摩擦油液的雷诺方程，利用Rayleigh动压润滑原理求解径向油槽下油液压力分布，并对其进行仿真。仿真结果与实验结果对比表明：两者的变化趋势是一致的，但理论值比实验值偏高，考虑到摩擦片间形成的油膜并非每一处都是充足的，所以油膜压力的实际值总是小于理论值；摩擦片间有油槽区域的油液比无油槽区域的油液要更加充足，就油液的压力值而言，前者比后者更加符合理论值，但都符合仿真结果和实验值。仿真结果为油膜承载力的研究提供较好的指导。