本文關鍵詞：空氣靜壓導軌內(nèi)氣體流動分析及稀薄特性研究

  更多相關文章： 空氣靜壓導軌 微尺度 格子Boltzmann 稀薄效應 分層現(xiàn)象

【摘要】：精密空氣靜壓導軌具有高剛度,低摩擦,清潔無污染等優(yōu)點,被廣泛應用于精密機床、三坐標測量機等設備中。而導軌的高精度、穩(wěn)定性與氣膜狀態(tài)緊密相連,通常導軌內(nèi)氣體的流態(tài)被簡化成從節(jié)流器的進氣口到氣腔,形成一個高壓區(qū),從此區(qū)域以層流形式進入導軌形成間隙氣膜。但實際上在節(jié)流器的氣腔位置,有可能產(chǎn)生渦旋等現(xiàn)象,對導軌的穩(wěn)定性,氣膜壓力產(chǎn)生很大的影響；同時導軌的氣膜厚度僅為微米、亞微米級,此時氣膜內(nèi)流態(tài)會呈現(xiàn)稀薄效應,分子的微觀運動特征明顯,在邊界處會產(chǎn)生速度滑移和溫度跳躍現(xiàn)象,影響導軌的承載能力和散熱。本文首先通過對比選擇合適的節(jié)流器形式,從分子動力學角度分別解釋從進氣口到氣腔,氣腔到出口的氣體流動狀態(tài)以及氣腔中的氣旋現(xiàn)象,并采用數(shù)值仿真結合分子碰撞研究方法進行驗證；在分析氣體流動的過程中提出分層假設,并仿真觀察其特征；對于導軌間隙出現(xiàn)的稀薄效應從Boltzmann方程出發(fā),推導格子Boltzmann方程進行研究,得到對應速度分布、溫度分布、壓力分布。通過分析發(fā)現(xiàn),隨著Kn數(shù)的增大,速度滑移量逐漸增大,在靠近壁面區(qū)域壓力值會降低；溫度跳躍在滑流區(qū)較為平緩,隨著Kn的增大,至過渡區(qū)后溫度跳躍程度會更加劇烈。分析發(fā)現(xiàn)：速度滑移有利于導軌散熱；而溫度跳躍,相當于在氣膜和壁面之間附加了一個熱阻,不利于導軌散熱。本文在理論分析的基礎上進一步通過仿真壓力分布和分子運動軌跡,進一步完善分層理論,并初步探索分層中了速度、壓力關系。
【關鍵詞】：空氣靜壓導軌 微尺度 格子Boltzmann 稀薄效應 分層現(xiàn)象
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH703.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2. 稀薄效應的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 格子Boltzmann的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 本文的主要工作17-18
• 第二章 導軌內(nèi)部流動分析及能量轉(zhuǎn)化問題18-34
• 2.1 概述18
• 2.2 節(jié)流形式的選擇18-23
• 2.3 進氣孔到氣腔的流動分析23-25
• 2.3.1 氣旋現(xiàn)象的分子運動24
• 2.3.2 激波現(xiàn)象的分子運動24-25
• 2.4 氣膜支撐區(qū)域的氣體流動分析25
• 2.5 進氣孔到氣腔邊界的流態(tài)分析25-30
• 2.5.1 流態(tài)仿真25-27
• 2.5.2 氣旋現(xiàn)象分析27
• 2.5.3 激波現(xiàn)象分析27-30
• 2.6 氣腔出口到氣膜外邊界的流場理論分析30-31
• 2.6.1 支撐區(qū)仿真分析30
• 2.6.2 分層現(xiàn)象的提出30-31
• 2.6.3 分層現(xiàn)象的仿真分析31
• 2.7 本章小結31-34
• 第三章 基于Blotzmann方程的數(shù)學模型建立34-56
• 3.1 BoltzmannH定理及Maxwell分布34-43
• 3.2 Maxwell輸運方程及宏觀量守恒方程組43-47
• 3.3 從Boltzmann方程到格子Boltzmann方程47-51
• 3.3.1 BGK近似47-50
• 3.3.2 格子Boltzmann方程50-51
• 3.4 LBM數(shù)學模型建立51-54
• 3.5 本章小結54-56
• 第四章 氣膜支撐區(qū)稀薄特性分析56-74
• 4.1 微尺度氣體流動與稀薄流動的相似準則56-57
• 4.2 基本模型57-63
• 4.2.1 計算方法57-60
• 4.2.2 邊界處理60-61
• 4.2.3 格子單位和物理單位轉(zhuǎn)換關系61-62
• 4.2.4 努森數(shù)與松弛時間之間的關系62-63
• 4.3 仿真分析63-69
• 4.3.1 流場速度對壓力的影響63-67
• 4.3.2 流場溫度對散熱的影響67-69
• 4.4 分層現(xiàn)象研究69-72
• 4.4.1 分層理論69-70
• 4.4.2 層厚與壓力分析70-72
• 4.5 本章小結72-74
• 第五章 總結與展望74-76
• 5.1 總結74-75
• 5.2 展望75-76
• 致謝76-78
• 參考文獻78-82
• 附錄 讀研期間發(fā)表的論文及參與的項目82

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本文編號：801830