基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法，该方法采用RANS方程描述流场，并通过SIMPLE算法求解流场得到平箔表面静压；采用有限单元描述箔片结构，并通过直接积分法求解箔片弹性控制方程得到箔片位移；取流固边界附近区域为动网格区，并通过弹性体法实时更新网格；在平箔表面的结构与流场的网格节点之间传递压力和位移信息；通过箔片变形与流场之间的迭代求解实现流固耦合计算。本发明专利技术基于箔片气体轴承的三维模型开展仿真，可借助于成熟的商业CFD软件，无需复杂的编程工作；三维仿真考虑了轴承端部空气泄漏造成的轴向气膜压力分布及箔片变形不均，使结果更接近实际工况。结果更接近实际工况。结果更接近实际工况。

【技术实现步骤摘要】
基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法


[0001]本专利技术涉及动压气体轴承仿真研究
，尤其是一种基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法。

技术介绍

[0002]动压箔片气体轴承是利用周围气体(多为空气)在轴颈与弹性箔片间组成的楔形空间产生压力气膜的原理来实现旋转支承和润滑的。气体轴承以空气作为润滑介质，具有结构简单、条件适应性强和高转速等优点，广泛应用于高速涡轮透平机械、精密工程、超精密工程、微细工程、空间技术、电子精密仪器、医疗器械及核子工程等。动压箔片气体轴承按承受外载荷方向的不同，大致可分为径向轴承和推力轴承两种，其在旋转启停过程中，随着转速的变化，气膜压力及其分布变化将引起弹性支承箔片的变形，从而导致流体边界改变而反过来影响气膜压力及其分布。因此存在较强的气弹耦合效应。
[0003]国内外对动压箔片气体轴承的仿真计算已形成较为系统的理论体系，多采用极坐标下的数值编程计算方法，为获得较为准确的结果，会考虑气弹耦合计算。该过程一般分为三个步骤：
①
分别搭建轴和箔片几何模型，使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法，其特征在于，包括：采用RANS方程描述流场，并通过SIMPLE算法求解流场得到平箔表面静压；采用有限单元描述箔片结构，并通过直接积分法求解箔片弹性控制方程得到箔片位移；取流固边界附近区域为动网格区，并通过弹性体法实时更新网格；在平箔表面的结构与流场的网格节点之间传递压力和位移信息；通过箔片变形与流场之间的迭代求解实现流固耦合计算。2.根据权利要求1所述的基于动网格技术的动压箔片空气轴承三维气弹耦合仿真方法，其特征在于，采用RANS方程描述流场，并通过SIMPLE算法求解流场得到平箔表面静压；以及取流固边界附近区域为动网格区，并通过弹性体法实时更新网格；具体方法如下：流道网格划分：流道网格划分在前处理软件中进行，用于从空气轴承三维模型中抽取流场区域，定义入口、出口和流体域，并划分网格；动网格设置：激活动网格选项，选择动网格区域；根据流场边界变形特征，划分动网格区域为2倍箔片位移变形区域；使用弹性体动网格方法，将介质虚拟为一个弹性体，通过将求得的动网格内部节点位移与原始坐标进行叠加即可求得动网格节点的新坐标；K
fl_DM
X
fl_DM
＝0式中：K
fl_DM
为流场动网格区的整体刚度矩阵；X
fl_DM
为动网格区网格节点位移；边界条件定义：定义入口、出口条件，设置流体物性；模型及求解器定义：流场区域的粘性可压缩流动模型采用RANS方程，采用SIMPLE算法求解；式中：下标Ω，和n——分别为控制体积、表面面积和表面法向；W——流体状态向量，W＝{ρ,u,E}
T
，ρ为流体密度，u为速度向量，E为流场总能量；F
c
、F
v
——分别为无黏通量和黏性通量，p为流场压力，τ为粘性剪切力张量，q为热通量张量；u
r
为流体相对于网格的流动速度，表示为u
r
＝u
‑
u
m
，u
m
为动网格速度；S——旋转坐标系引起的源项，S＝{0,Ω＝ρu,0}
T
，Ω为转子转速；单位时间步长计算收...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪权，帅美琴，
申请(专利权)人：南京晨光集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：