当前课程知识点：流体机械基础 > 第11讲 流体机械多场耦合 > 11.3 轴承热流固耦合特性 > Video
下面我们对轴承的
流固耦合特性进行介绍
典型的水轮发电机组
推力轴承通常由轴瓦
推力头镜板
支撑系统以及油箱组成
在运行过程中
镜板面和轴瓦面被油膜所分离
保证二者间仅有很小的摩擦力
轴向载荷依次通过镜板
油膜 轴瓦以及机架
最终传递到基础上去
由于油膜处在旋转的主轴
和静止的轴承座之间
因此在油膜内部
形成了一定的速度梯度
再加上旋转楔形
和偏移挤压效应
导致油膜产生厚度差
使得油膜的温度上升
并产生很大的压力
同时 油膜的压力作用在主轴上
支撑着转子的重量
也可以起到抑制主轴振动的作用
在推力轴承的热弹流耦合分析中
主要有这样几种耦合
首先一个是热流耦合
也就是润滑油流场
与温度场的耦合
润滑油的流动
可以促进热量的交换
而温度的变化
则导致流场的动力粘度发生改变
第二个是结构-热耦合
也就是瓦块
在热应力的影响下发生热变形
油膜中的温度梯度
会产生显著的热应力
和结构材料力学性能的变化
第三个是流体和结构的热耦合
也就是润滑油
和瓦块之间发生的热量交换
第四个就是流固耦合
也就是润滑油流场
与瓦块的位移场的耦合
主要表现为油膜的压力
和温度引起瓦面明显的热弹变形
反过来
瓦面热弹变形又会显著改变
油膜的厚度分布
基于上述分析
我们可以建立推力轴承的
结构域和流体域
并将温度 压力
位移和热流量等数据
通过流固耦合交界面来传递
将流体域计算得到的
润滑油压力和热量
传递给固体域
作为轴瓦和推力头
热弹变形计算的边界条件
反过来
将固体域计算得到的
瓦体边界温度作为
下一次迭代的
油膜温度边界条件
同时将瓦体的变形位移
传递给流体域
也就是改变油膜的厚度分布
这也进一步影响了
油膜的压力和温度特性
这样反复迭代直至收敛
就可以求得最终的
热弹流耦合结果
通过这样的耦合计算
我们得到了推力轴承的
热弹流耦合计算结果
从瓦面的压力分布来看
最大压力位于瓦块中心附近
这是由于这个双向推力轴承瓦块
采用的是中心支撑的方式
结合镜板表面的油压分布
可以发现镜板油压的分布和大小
与瓦块表面基本相同
也就是说油膜
沿厚度方向上的压力梯度很小
另外
油膜内没有明显的负压区
避免了空化现象的发生
从瓦面的温度分布来看
沿着旋转方向
温度是逐渐升高的
而镜板面的温度分布
则是沿着径向有明显的变化
而镜板面的温度分布
这是沿着镜像有明显的变化
而沿着旋转方向却保持相等
这是因为推力轴承运行时
镜板旋转会依次扫过
某一瓦面的高温区和低温区
随后扫过下一个瓦面
这样不断的循环
由于镜板的移动速度
远远大于固体的热传导速率
所以沿轴向瓦面
受到近似均匀的加热
从而使其温度沿轴向保持一致
从瓦面的轴向变形来看
瓦面是呈向上凸起的样子
变形最大的位置
出现在出油边的附近
从镜板面的变形来看
沿着旋转方向的变形比较小
而沿着径向却存在明显变形
镜板面便形成了内径下沉
外径上翘的形状
这说明瓦块和镜板受到温度影响
而产生的热弹变形
会明显的改变油膜的厚度分布
-1.1 流体机械定义
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-1.2 流体机械分类
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-1.3 水轮机工作过程概述
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-1.4 泵与风机工作过程概述
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-1.5 其他流体机械工作过程概述
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-1.6 流体机械工程应用
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-参考文献
--html
-第一讲习题--作业
-2.1 流体机械的主要性能参数
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-2.2 转轮内部的典型流态
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-2.3 速度三角形
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-2.4 工况发生变化时速度三角形分析
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-2.5 欧拉方程
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-参考文献
--html
-第二讲习题--作业
-3.1 水轮机过流部件工作原理
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-3.2 泵与风机过流部件工作原理
--Video
-3.3 机组能量传递过程与效率分析
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-3.4例题分析
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-参考文献
--html
-第三讲习题--作业
-4.1 空化的定义与分类
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-4.2 空化余量与空化系数
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-4.3 吸出高度与安装高程
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-4.4 空蚀现象与类型
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-4.5 空化空蚀的危害及防护
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-参考文献
--html
-第四讲习题--作业
-5.1 泥沙磨损基本概念
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-5.2 泥沙磨蚀基本概念
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-5.3 流体机械磨损磨蚀现象
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-5.4 流体机械常见抗磨措施
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-5.5 腐蚀基本概念
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-5.6 流体机械腐蚀现象及防腐措施
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-参考文献
--html
-第五讲作业--作业
-6.1 流动相似概述
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-6.2 常用相似准则数
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-6.3 流体机械的相似准则分析
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-6.4 流体机械单位参数与相似换算
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-6.5 综合相似判别数——比转速
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-6.6 相似准则的工程应用
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-参考文献
--html
-第六讲作业--作业
-7.1 特性曲线概述
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-7.2 模型试验
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-7.3 典型模型机组综合特性曲线
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-7.4 水轮机运转特性曲线
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-7.5 水轮机的选型计算
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-第七讲作业--作业
-8.1 流体机械多相多组分非定常流动概述
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-8.2 二次流动现象
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-8.3 动静干涉
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-8.4 脱流
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-8.5 间隙流动
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-8.6 叶道涡
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-8.7 卡门涡
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-8.8 尾水管涡带
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-8.9 泵的旋转失速
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-8.10 泵的喘振
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-8.11 压力波传递与叠加
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-参考文献
--html
-第八讲作业--作业
-9.1 流体机械四象限特性概述
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-9.2 水泵水轮机全特性曲线
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-9.3 水泵水轮机典型工况流动现象
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-9.4 水泵水轮机调相运行工况流动现象
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-9.5 双向潮汐机组复杂运行工况认识
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-参考文献
--html
-第九讲作业--作业
-10.1 流体机械在管网系统中的工作特性
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-10.2 流体机械暂态运行过程
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-10.3 调节系统与调速器
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-10.4 改善流体机械暂态运行性能工程措施
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-参考文献
--html
-第十讲作业--作业
-11.1 流体机械多场耦合特性概述
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-11.2 转轮流固耦合特性
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-11.3 轴承热流固耦合特性
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-11.4 轴系多场耦合特性
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-参考文献
--html
-第十一讲作业--作业
-12.1 标准化概述
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-12.2 流体机械行业标准
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-12.3 水轮机型号
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-12.4 泵型号
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-12.5 风机型号
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-12.6 阀门型号
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-12.7 流体机械工业流程
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-12.8 流体机械质量监督
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-参考文献
--html
-第十二讲作业--作业
-13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程
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-13.2 压力脉动与水锤
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-13.3 智能流体机械
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-13.4 流体机械及工程学科知识体系与学术交流
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