基于界面吸附的點接觸彈流潤滑研究
發(fā)布時間：2020-05-23 00:30
【摘要】：隨著經濟高速發(fā)展,我國的高速鐵路快速建設。軸承是高速列車中的重要部件,其潤滑問題不僅關系零部件的損耗,還關系到列車的行駛安全。同時,針對工業(yè)中能源和材料的減排和降耗,科研人員提出“潤滑經濟”概念。改善潤滑問題不僅有助減少損耗,還能保證鐵路運行的安全問題,并有助于太空船真空環(huán)境下機件潤滑問題、海洋腐蝕環(huán)境下機件潤滑問題以及人造關節(jié)與軟骨之間的潤滑問題。彈流潤滑是機械零件中常見的潤滑形式,彈流油膜不僅能夠承受高載荷和高剪切力的極端工況,還使減小摩擦力成為可能。彈流潤滑是有效解決方案之一。因此,彈流潤滑的研究成果將產生重大影響。由此針對基于界面吸附的點接觸彈流潤滑展開研究。應用光干涉原理,在改良的點接觸彈流潤滑光學試驗臺上進行實驗研究。在應用高粘度潤滑油的實驗中,發(fā)現異常摩擦系數曲線。針對摩擦系數曲線的異常部分,進行不同表面能的玻璃盤與鋼球高壓純滑實驗,發(fā)現摩擦系數的降低與入口凹陷有關;表面浸潤性不僅影響摩擦系數,還影響界面滑移的發(fā)生。通過對不同條件下的油膜圖像進行分析,發(fā)現載荷越大,入口凹陷越容易發(fā)生。得出結果:在高載荷下,界面滑移更易發(fā)生,且將入口凹陷歸因于潤滑油的非牛頓流體性質。在上述實驗研究過程中,通過干涉圖像觀察到“三凹陷”現象,對此異常現象進行探索性研究。初步推斷“三凹陷”現象是由于吸附層的局部形成所導致,并且吸附層可能形成于鋼球表面和玻璃盤表面。用兩種表面浸潤性不同的鋼球進行光學彈流潤滑實驗,通過測量摩擦系數和觀察油膜形狀及油膜輪廓,研究吸附層對油膜形狀和摩擦力的影響。驗證“三凹陷”現象可歸因于吸附層的局部形成,并用局部粘彈性模型解釋“三凹陷”油膜形狀的形成。為驗證吸附層形成位置的推斷,采用EGC鋼球進行對比性實驗研究。得出結論:吸附層一定程度抑制滑移發(fā)生;低表面能使吸附層難以吸附于EGC鋼球表面,從而增加邊界滑移程度,進而減小摩擦力;吸附層在高速下不穩(wěn)定,難以吸附于界面之上;吸附層的形成取決于表面浸潤性。浸潤性不僅是邊界滑移的重要因素,還是吸附層形成的重要因素之一。
【圖文】：
三種模型分別如圖1-1 所示。（a）無滑移 （b）界面滑移 （c）吸附膜圖 1-1 邊界模型無滑移邊界條件如圖 1-1（a）所示。無滑移邊界條件，即流體分子與其鄰近的固體界面間相對運動速度為零，其本質是由于流體粘附在固體界面上，并且于界面保持速度切向分量的連續(xù)性，Bernoulli 等[6]于 1783 年就首次提出了無滑移邊界條件的假設。隨后，，Buat[7]和 Coulomb[8]分別用流管實驗和圓周震蕩實驗驗證了該假設。大量的宏觀實驗驗證無滑移邊界條件的存在。線性邊界滑移模型如圖 1-1（b）所示。雖然 Navier[9]提出的假設起初并未證明液體也符合該理論，然而表征滑移模型成為目前極其常用的假設模型。線性邊界滑移模型認為：界面上的剪應力或局部剪切率與體相流體的滑移速度成正比，由于該模型的速度參數與滑移長度相關，所以該模型也被稱為“滑移長度模型”。粘滯層邊界條件模型如圖 1-1（c）所示。在 19 世紀，Girard[10]和 Prony[11]提出粘滯層邊界條件模型。該邊界條件認為流體分子吸附在固體界面上形成一定厚度的粘滯層，且整個粘滯層與固體界面無相對滑動，而流體則在該粘滯層的交界面上發(fā)生滑移。粘滯層的出現是因為固/液間分子相互作用力大于液體本身分子間的作用力。粘滯層的厚度也取決于固體的界面性質。此后，學術界對邊界條件的選取進行了激烈爭論。Stokes 等[12-14]根據實驗觀察主張采用無滑移邊界條件，而Darcy等[15-16]也提出反駁無滑移邊界條件的證據。但由于當時測量條件和實驗精度都較低
（e）微通道（Microchennel/Capillary）圖 1-2 界面滑移測量技術[27]，Léger 等[22]應用熒光漂白恢復技術（FR波照明，未被漂白的分子流動到感興趣的體流動的速度有關，滑移發(fā)生時，流速增eph 等[23]應用粒子圖像測速技術（PIV）測上（嫁接硅烷分子層）的滑移，發(fā)現在光光滑的疏水性界面上滑移長度為 35±100n用表面力儀（SFA）測量水、正十四碳烷吸（SAM）界面、OTE 界面上相應的接觸角時才產生滑移。如圖 1-2（d）所示，Ellis
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.2
本文編號：2676849
【圖文】：
三種模型分別如圖1-1 所示。（a）無滑移 （b）界面滑移 （c）吸附膜圖 1-1 邊界模型無滑移邊界條件如圖 1-1（a）所示。無滑移邊界條件，即流體分子與其鄰近的固體界面間相對運動速度為零，其本質是由于流體粘附在固體界面上，并且于界面保持速度切向分量的連續(xù)性，Bernoulli 等[6]于 1783 年就首次提出了無滑移邊界條件的假設。隨后，，Buat[7]和 Coulomb[8]分別用流管實驗和圓周震蕩實驗驗證了該假設。大量的宏觀實驗驗證無滑移邊界條件的存在。線性邊界滑移模型如圖 1-1（b）所示。雖然 Navier[9]提出的假設起初并未證明液體也符合該理論，然而表征滑移模型成為目前極其常用的假設模型。線性邊界滑移模型認為：界面上的剪應力或局部剪切率與體相流體的滑移速度成正比，由于該模型的速度參數與滑移長度相關，所以該模型也被稱為“滑移長度模型”。粘滯層邊界條件模型如圖 1-1（c）所示。在 19 世紀，Girard[10]和 Prony[11]提出粘滯層邊界條件模型。該邊界條件認為流體分子吸附在固體界面上形成一定厚度的粘滯層，且整個粘滯層與固體界面無相對滑動，而流體則在該粘滯層的交界面上發(fā)生滑移。粘滯層的出現是因為固/液間分子相互作用力大于液體本身分子間的作用力。粘滯層的厚度也取決于固體的界面性質。此后，學術界對邊界條件的選取進行了激烈爭論。Stokes 等[12-14]根據實驗觀察主張采用無滑移邊界條件，而Darcy等[15-16]也提出反駁無滑移邊界條件的證據。但由于當時測量條件和實驗精度都較低
（e）微通道（Microchennel/Capillary）圖 1-2 界面滑移測量技術[27]，Léger 等[22]應用熒光漂白恢復技術（FR波照明，未被漂白的分子流動到感興趣的體流動的速度有關，滑移發(fā)生時，流速增eph 等[23]應用粒子圖像測速技術（PIV）測上（嫁接硅烷分子層）的滑移，發(fā)現在光光滑的疏水性界面上滑移長度為 35±100n用表面力儀（SFA）測量水、正十四碳烷吸（SAM）界面、OTE 界面上相應的接觸角時才產生滑移。如圖 1-2（d）所示，Ellis
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.2
【參考文獻】
相關期刊論文 前5條
1 吳承偉;馬國軍;周平;;流體流動的邊界滑移問題研究進展[J];力學進展;2008年03期
2 曹炳陽;陳民;過增元;;納米通道內液體流動的滑移現象[J];物理學報;2006年10期
3 王學鋒;郭峰;楊沛然;;納/微米彈流油膜厚度測量系統[J];摩擦學學報;2006年02期
4 劉吉遠,柴小轉;我國鐵路貨車滾動軸承的發(fā)展歷程[J];鐵道車輛;2005年10期
5 GUOF.;WONGP.L.;;Non-Newtonian viscosity wedge in film formation of EHL[J];Science in China,Ser.A;2001年S1期
相關博士學位論文 前1條
1 栗心明;高壓彈流油膜界面滑移特性研究[D];青島理工大學;2012年
本文編號：2676849
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