油氣潤滑中環狀流流動研究范文

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《機械雜志》2014年第六期

1壓力和液膜分布的仿真分析

1.1仿真模型的建立圖1給出了直管仿真，根據上節中所建立的理論模型，在Fluent軟件中建立管徑D＝6mm，管長L＝300mm的水平管模型。針對計算油氣潤滑環境中的水平管路，在Fluent中進行的主要參數設置如表3所示。

1.2仿真計算與結果分析（1）壓力分布分析根據D.Schubring和T.A.sheed對水平管內氣液環狀流穩定性的界定，設置時間迭代步長0.00001，迭代次數為500，由Fluent仿真后得到壓力云圖。圖2為氣相速度為30m/s時的部分管段的壓力分布圖，從圖2可以看出，管內流體在沿管路方向的壓力變化明顯，同理可得到氣速為40m/s、50m/s時的壓力云圖。這里為研究壓力分布的波動性將模型管軸向方向平均分為15個小段，每段長2cm，由Fluent得到的壓力云圖并輸出每段壓力變化值，與表2環狀流壓降計算理論值的關系如圖3所示。由圖3可見，不同氣速下的理論值與Fluent輸出值基本吻合。理論值反映了壓降分布的整體趨勢，而仿真值反映了壓力在管路方向上分布的波動情況。隨著氣速的增大，壓降的理論值和仿真值都明顯的增大，仿真值的波動情況隨著氣速的增大而越來越明顯，振動幅值也明顯變大，說明氣速對環狀流壓力分布的均勻性影響較大。（2）液膜分布分析根據Fluent輸出液膜厚度的分布情況對環狀流在管路方向上的液膜均勻性進行分析。本文模型中兩相環狀流油膜厚度的預測值為δ＝0.17mm，由Fluent仿真得到各氣相速度下的液膜分布情況如圖4所示。根據以上的環狀液膜在Y－Z截面和X－Z截面的分布情況，將水平管沿軸向取15個截面，取每個截面處中的上、下、左、右處的液膜厚度，并取四個方向上液膜厚度的平均值。圖5給出了液膜厚度分布的波動情況，由圖5可見，各個點值表征了各截面處液膜沿周向分布的均勻性，整體線形表示了液膜沿管路方向的分布特性，其中氣相速度為30m/s時的整體分布較低，波動性小，說明其環狀流液膜在該氣速下截面方向及管路方向分布最為均勻，波動性最小。氣相速度為50m/s時的整體分布較高，波動性大，說明其環狀流液膜在氣速下截面方向及管路方向分布最為離散，波動性最大，但是此時油膜厚度也較接近理論值。氣相速度為40m/s時的整體分布在前兩種情況之間，環狀流液膜沿管路方向的波動性比氣相速度為30m/s明顯。

2結論

本文引用齊斯霍姆關系式對壓力分布進行理論分析，并對油氣環狀流液膜分布情況進行預測，結合Fluent仿真結果統計出壓力在管路方向分布的波動性，統計分析出油氣潤滑的油液輸送過程中環狀流液膜在管路方向分布的波動性。（1）分析得到水平管內壓力的分布與氣相速度有關，氣相速度越大，壓力的波動性越大，對潤滑油均勻運輸的影響也越大。（2）統計分析得出液膜厚度在管路方向分布受到氣速影響，隨著氣速的增大環狀流液膜分布的均勻性越差，波動性越明顯。

作者：蔡阿利孫啟國 李志宏單位：北方工業大學機電工程學院