一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法技术

本申请公开了一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，该方法包括：将待优化的空气止推轴承结构拆分成多个不同类型的流体元件；根据拆分的流体元件特点将流体元件划分为一维元件和

【技术实现步骤摘要】
一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法


[0001]本申请属于空气止推轴承设计优化
，特别是涉及一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法
。

技术介绍

[0002]止推轴承用于承载轴向载荷，也被称为轴向轴承
。
与径向轴承类似，止推轴承包含两个座圈，一组滚动元件以及用于保持滚动元件的保持架
。
轴向
(
止推
)
轴承和径向轴承之间的主要区别在于轴承座圈的布置
。
在轴向轴承中，两个座圈沿着轴向方向平行并排布置
。
[0003]空气止推轴承是指借助于轴承滑动副表面之间形成的压力空气膜将负荷支承起来的轴承，工作时滑动表面之间完全由气膜分开
。
空气止推轴承属于滑动轴承中的流体滑动轴承，工作时为流体润滑，其润滑介质为空气
。
空气止推轴承为润滑介质为空气的用于承载轴向荷载的轴承
。
[0004]空气止推轴承中的气路非常复杂，属于复杂流体系统，采用三维流场仿真对它进行设计和优化，存在以下缺点：
[0005](1)
计算复杂度高
。
对于复杂的流体系统，需要建立大规模的数学模型和离散化网格，计算量非常庞大，可能需要使用高性能计算设备
。
[0006](2)
无法实现高速仿真，无法快速预测系统运行状态
。
[0007](3)
设计阶段模型参数不确定性影响大
。
>流体系统的物理特性和运行条件可能受到多种因素的影响，如温度
、
湍流
、
非线性
、
多相流等，模型参数不确定，需要进行多次仿真模拟
。

技术实现思路

[0008]针对上述
技术介绍
中存在的技术问题，本申请提供一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法
。
[0009]本申请具体采用以下技术方案予以实现：
[0010]本申请提供一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，其特征在于，包括：
[0011]将空气止推轴承结构拆分成若干独立的流体元件，所述流体元件按照复杂度划分为一维流体元件及三维流体元件；
[0012]将所述一维流体元件进行降阶处理，使用一维流体特性进行计算，所述三维流体元件直接采用三维
CFD
进行计算；
[0013]所述一维流体元件通过元件和元件之间连接的节点组成，每个元件包括一个进口和一个出口；所述一维流体元件与三维
CFD
流体元件的连接采用在连接节点处的耦合方法实现；
[0014]所述一维流体元件与三维
CFD
流体元件连接成整个空气止推轴承流体网络，对所述空气止推轴承流体网络内的所有流体元件，列出元件流动特性方程，并在节点处列出质
量和能量守恒方程；
[0015]通过牛顿
‑
拉普森方法迭代求解所述空气止推轴承流体网络的流动方程组和能量方程组，获取所述空气止推轴承网络内各个位置上的参数，所述参数包括元件节点的压力和温度，元件的流量
。
[0016]作为本专利技术的进一步的说明，所述一维流体元件包括：盘腔元件
、
孔元件
、
环管元件
、
一般损失元件
、
突扩元件
、
突缩元件
、
弯头元件
。
[0017]作为本专利技术的进一步的说明，所述三维流体元件包括：矩形折弯孔元件
、
封严篦齿元件
、
止推轴承片元件
。
[0018]作为本专利技术的进一步的说明，所述对所述空气止推轴承网络内的所有流体元件，列出元件流动特性方程，并在节点处列出质量和能量守恒方程，包括：
[0019]所述元件的流动特性方程为：
[0020]F[p1(t),p2(t),m1(t),m2(t)]＝0[0021]其中，
F
为节点处方程为隐式方程；
p1(t)
为元件上游节点的压力；
p2(t)
为元件下游节点的压力；
m1(t)
为元件上游节点的质量流量；
m2(t
为元件下游节点的质量流量；
[0022]根据节点的质量守恒，列出如下的关系式：
[0023][0024]其中，
F
n
为第
n
节点处方程为隐式方程；
i
为节点编号；
N
为总节点数量；
m
i
为节点编号
i
处的质量流量；
[0025]流体与元件管道的对流换热热流量为：
[0026][0027]其中，
q
为单位时间内的换热量；
h
对流换热系数；
A
为对流换热面积；
T
w
为周围壁面的平均温度；
T
为流体温度；
u
为流体速度；
C
p
为定压比热容；
[0028]对于一个节点
i
，能量守恒方程如下：
[0029][0030]根据能量守恒方程得到：
[0031][0032]其中，
j
为元件编号；
Neighbors
为节点
i
的所有相邻元件集合；
in
为节点
i
相邻所有进口元件集合；
out
为节点
i
相邻所有出口元件集合；
C
p
为定压比热容；
T
j
为元件编号
j
的流体温度；
m
ij
为与节点
i
相邻的编号
j
元件质量流量；为平均对流换热系数；
A
为对流换热面积；
T
w
为周围壁面的平均温度；
T
i
为节点
i
处的温度
。
[0033]作为本专利技术的进一步的说明，所述一维流体元件与三维
CFD
流体元件的连接采用在连接节点处的耦合方法实现，具体包括，
[0034]对于一维流体元件，边界抽象为一个点；对于三维
CFD
流体元件，边界抽象为一个面；
[0035]假定流动垂直于三维面，如果从一维流体网络模型传递到三维
CFD
模型，其公式如下：
[0036][0037]其中，
i
为节点编号；为第
i
个三维面的质量流量；
m
1D
为一维边界质量流量；为第
i
个三维面的流通面积；
A<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，其特征在于，包括：将空气止推轴承结构拆分成若干独立的流体元件，所述流体元件按照复杂度划分为一维流体元件及三维流体元件；将所述一维流体元件进行降阶处理，使用一维流体特性进行计算，所述三维流体元件直接采用三维
CFD
进行计算；所述一维流体元件通过元件和元件之间连接的节点组成，每个元件包括一个进口和一个出口；所述一维流体元件与三维
CFD
流体元件的连接采用在连接节点处的耦合方法实现；所述一维流体元件与三维
CFD
流体元件连接成整个空气止推轴承流体网络，对所述空气止推轴承流体网络内的所有流体元件，列出元件流动特性方程，并在节点处列出质量和能量守恒方程；通过牛顿
‑
拉普森方法迭代求解所述空气止推轴承流体网络的流动方程组和能量方程组，获取所述空气止推轴承网络内各个位置上的参数，所述参数包括元件节点的压力和温度，元件的流量
。2.
如权利要求1所述的一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，其特征在于，所述一维流体元件包括：盘腔元件
、
孔元件
、
环管元件
、
一般损失元件
、
突扩元件
、
突缩元件
、
弯头元件
。3.
如权利要求1所述的一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，其特征在于，所述三维流体元件包括：矩形折弯孔元件
、
封严篦齿元件
、
止推轴承片元件
。4.
如权利要求1所述的一种应用流体网络法实现空气止推轴承设计优化的方法，其特征在于，所述对所述空气止推轴承网络内的所有流体元件列出元件流动特性方程，并在节点处列出质量和能量守恒方程，包括：所述元件的流动特性方程为：
F[p1(t)
，
p2(t),m1(t),m2(t)]
＝0其中，
F
为节点处方程为隐式方程；
p1(t)
为元件上游节点的压力；
p2(t)
为元件下游节点的压力；
m1(t)
为元件上游节点的质量流量；
m2(t)
为元件下游节点的质量流量；根据节点的质量守恒，列出如下的关系式：其中，
F
n
为第
n
节点处方程为隐式方程；
i
为节点编号；
N
为总节点数量；
m
i
为节点编号
i
处的质量流量；流体与元件管道的对流换热热流量为：其中，
q
为单位时间内的换热量；
h
对流换热系数；
A
为对流换热面积；
T
w
为周围壁面的平均温度；
T
为流体温度；
u
为流体速度；
C
p
为定压比热容；对于一个节点
i
，能量守恒方程如下：
根据能量守恒方程得到：其中，
j
为元件编号；
Neighbors...

【专利技术属性】
技术研发人员：董素艳，闫冬阳，张竹鹤，
申请(专利权)人：西安流固软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：