【摘要】：為探尋仿生非光滑表面在高壓海水軸向柱塞泵滑靴副上的應(yīng)用效果,將不同形狀凹坑布置在斜盤表面,采用CFD方法對非光滑表面滑靴副全水動壓潤滑模型進行數(shù)值模擬,通過分析水膜上表面的壓力分布、凹坑縱截面的速度分布,探尋仿生凹坑的動壓潤滑機理及凹坑幾何參數(shù)對承載特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:水膜上表面最大正靜壓位于凹坑前緣,最小負靜壓位于凹坑中心;最大動壓位于凹坑上方,且隨凹坑分布圓半徑的增大而明顯增大;總壓承載力主要來自于動壓的貢獻,4種凹坑承載力由大到小依次為F球F圓柱F柱錐F圓錐;承載力隨凹坑面積率的增大而增大,摩擦系數(shù)隨凹坑面積率的增大而減小,且深徑比越大,這種增大或減小的趨勢越明顯。
【圖文】：

214燕山大學學報201610mm時，對進氣流速和質(zhì)量流率有顯著的提高。仿生非光滑表面優(yōu)異的降粘、減阻能力在內(nèi)燃機活塞缸套、汽車車身、柴油機進氣道、軋輥等摩擦副中已得到驗證，但在高壓海水軸向柱塞泵滑靴副中的應(yīng)用幾乎未見報道。受此啟發(fā)，本文將凹坑仿生非光滑單元體布置在斜盤表面，采用CFD方法分析不同凹坑形狀、大孝深度、間距等對高壓海水軸向柱塞泵滑靴副潤滑承載性能的影響規(guī)律，為其在水壓泵的工程應(yīng)用奠定基矗1非光滑表面滑靴副模型建立1．1幾何模型如圖1所示，將仿生凹坑布置于高壓海水軸向柱塞泵的斜盤正面，滑靴底面保持光滑，圖中只展現(xiàn)多個滑靴中的任意一個。圖1仿生非光滑表面斜盤與滑靴三維示意圖Fig．1The3Dschematicdiagramoftheswash-platewithbionicnon-smoothsurfaceandtheslipper為便于數(shù)值計算，假設(shè)滑靴副處于全膜潤滑狀態(tài)，選取靴底中心處一扇形單元下的水膜及3×3凹坑作為計算流域，既可節(jié)約計算資源，又能夠考察凹坑間的相互作用，如圖2所示。設(shè)置坐標原點在斜盤中心處，采用柱坐標系分析該潤滑問題。Ｒ1=40mm、Ｒ2=46mm分別為扇形單元內(nèi)、外曲面半徑;Ｒ3=41mm、Ｒ4=43mm、Ｒ5=45mm分別為凹坑分布圓半徑。每個凹坑均位于一假想扇形控制單元中心，定義凹坑總面積與扇形總面積的比率為凹坑面積占有率S，則有S=3240r02θ(Ｒ22－Ｒ12)，(1)其中，r0為凹坑半徑，θ=8°。圖3為滑靴副仿生凹坑縱截面結(jié)構(gòu)及相對運動示意圖，圖中h=10μm為水膜厚度。定義凹坑深度與直徑的比率為深徑比δ，則有δ=h02r0，(2)式中，h0為凹坑深度，r0為凹坑半徑。圖2扇形水膜及3×3凹坑計算流域Fig．2Thecomputationalfluiddomainoffan-shaped

泵滑靴副潤滑承載性能的影響規(guī)律，為其在水壓泵的工程應(yīng)用奠定基矗1非光滑表面滑靴副模型建立1．1幾何模型如圖1所示，將仿生凹坑布置于高壓海水軸向柱塞泵的斜盤正面，滑靴底面保持光滑，圖中只展現(xiàn)多個滑靴中的任意一個。圖1仿生非光滑表面斜盤與滑靴三維示意圖Fig．1The3Dschematicdiagramoftheswash-platewithbionicnon-smoothsurfaceandtheslipper為便于數(shù)值計算，假設(shè)滑靴副處于全膜潤滑狀態(tài)，選取靴底中心處一扇形單元下的水膜及3×3凹坑作為計算流域，既可節(jié)約計算資源，又能夠考察凹坑間的相互作用，如圖2所示。設(shè)置坐標原點在斜盤中心處，采用柱坐標系分析該潤滑問題。Ｒ1=40mm、Ｒ2=46mm分別為扇形單元內(nèi)、外曲面半徑;Ｒ3=41mm、Ｒ4=43mm、Ｒ5=45mm分別為凹坑分布圓半徑。每個凹坑均位于一假想扇形控制單元中心，定義凹坑總面積與扇形總面積的比率為凹坑面積占有率S，則有S=3240r02θ(Ｒ22－Ｒ12)，(1)其中，r0為凹坑半徑，θ=8°。圖3為滑靴副仿生凹坑縱截面結(jié)構(gòu)及相對運動示意圖，圖中h=10μm為水膜厚度。定義凹坑深度與直徑的比率為深徑比δ，則有δ=h02r0，(2)式中，h0為凹坑深度，r0為凹坑半徑。圖2扇形水膜及3×3凹坑計算流域Fig．2Thecomputationalfluiddomainoffan-shapedseawaterfilmand3×3pits圖3凹坑縱截面結(jié)構(gòu)示意圖Fig．3Thelongitudinalsectiondiagramofpit4種不同形狀的仿生凹坑如圖4所示。設(shè)定面積率S為10%～70%，計算相應(yīng)的凹坑半徑;設(shè)定深徑比δ為0．05～0．5，計算相應(yīng)的凹坑深度。圖44種不同形狀仿生凹坑Fig．4Thefourdifferentshapesofbionicpits工作介質(zhì)海水的密度ρ為1025kg/m3，動力黏度μ為6．15×1

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