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油气分配器结构设计对油气分配性能的影响
Influence of the oil-air distributor,s structure on its distribution performance
周正辉,孙启国,吕洪波
ZHOU Zheng-hui, SUN Qi-guo, LV Hong-bo
北方工业大学机电工程学院,北京100144)
摘要:本文在原有的油气分配器的基础上,设计了一种新型的油气分配器,并基于CFD仿真原理,建立
了设计后的油气分配器流体域模型,仿真了导流槽底面分别为平面,球面和链面三种情况下
油气分配器分配界面、导流槽中截面、出口油气两相流的流体分布,并提取了各自出口油液
和气体的质量流量,分析了导流槽底面结构对油气分配器分配性能的影响。结果表明,球面和
锥面导流槽均提高了油气分配器油液分配的均匀性和稳定性,改善了出口油液的流型,形成
薄的环状油膜,其中链面导流槽油气分配器分配性能最好。
关键词:油气润滑;油气分配器;分配性能;导流槽
中分类号:TH117.1
文献标识码:A文章编号:1009-0134(2014)01(上)-0078-04
Doi:10.3969/J.lSn.1009-0134.2014.01(上).23
0引言
了油气分配器结构,建立了其改进后的流体域模
油气润滑技术作为一种新兴、环保、节能的型,结合流体力学两相流基本原理,利用 FLUIENT
精细润滑设备,已经成为润滑技术发展主要方向仿真流体特性,评价导流槽底面结构不同时油气
之ー。油气润滑是将单独输送的润滑油和气体进分配器的分配性能。
行混合使之成为在同一管道内流动的气液分离的1新型油气分配器的工作原理及仿
环状流,并通过油气分配设备将油气均匀分配到
多个润滑点的新型润滑系统。大量的生产应用
真模型
已经验证,油气润滑相对于传统润滑方式而言,
图1是设计的油气分配器结构示意图,油液和
在机械产品高速、重载、高效、节能、高自动气体在经过油气混合器作用后形成环状的气液两
化、长寿命的发展方向上具有独特的优势24
相流,从图1油气分配器左端入口流入,进入内锥
作为油气润滑系统重要的组成部分,油气分配器体环形腔,环形腔扩大了油膜在圆周方向的分布
的性能对于润滑效果的影响是至关重要的。国内
范围,对油气环状流起到了整流作用,有利于油
油气分配器的研究主要集中在工程应用领域,其
气环状流从油气分配器的石端出口均匀分配。
中蔡茂林设计了垂直相通于流量调整孔油气分配
器,为了满足串联轴承多点润滑,彭淑玲研究出
导流槽
了能够串联使用的内置式油气分配器,吴国斌研
究出了渐缩环状导流式油气分配器等。在气液两
相流的分配特性研究方面,周承富、陈小榆做了?
出口2
三通管的内部流场的数值模拟分析,梁法春实
验研究了三通分配器的分配特性?,但是整体对
于油气分配器内部流场以及分流特性的理论研究
H口
和仿真较少。李婵对油气分配器的结构设计与性
能仿真做了研究,提出了一种新的油气分配器的
图1油气分配器结构示意图
结构?。
利用 SOLIDWORKS软件建立油气分配器流
本文在文献[]研究的基础上,进一步改进体域模型,并在不影响结果的前提下作适当的简
收稿日期:2013-09-22
基金项目:北京市属高等学校人才强教计划资助项目(PHR20107109)
作者简介:周正辉(1988-),男,硕土生,研究方向为油气润滑关键技术及成套设备研发
78】第36卷第1期2014-01(上)
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化。如图2所示,油气从环形腔进入无间隙导流槽间的变化量。由此可导出流体流动的质量方程
然后从六个出口流出,为了避免油液随机分配的「a(pn),a(pu),a(pw)
不均匀,将油气分配器六个出口间隔性地接到两
dxdyda=-02(drdyde)()
Ox
QZ
个出口中,1、3、5设置为直孔,接入出口1;2
即,
4、6设置为侧孔,接入出口2。将模型中导流槽设
a(pu)a(pv)a(pw
计为平面、球面和锥面,分别对应图2中的(a)
at ax
式中,P为流体密度,kgim3:tめ时间:u,v
w分别为x,y,z三个方向的速度,m
球面
面
p=cp。+(-p1)
式中,X为含气率(气体体积分数),P2气
体密度,p1油液密度。
将牛顿第二运动定律F=ma应用到流动模型,
作用于微团上力(体积力和表面力)的总和等于
微团的质量乘以微团运动时的加速度。于是得到
图2油气分配器的流体域模型
流体动量方程,即纳维-斯托克斯方程。
利用 WORKBENCH分別对油气分配器流体域
o(pu)
+V(puv)
Opat
-pf.
模型划分网格,图3为油气分配器流体域网格模
at
p
型,它列举了导流槽为平面、球面、锥面的网格
分布情况,表1给出了不同模型的网格数和网格节点
ow
数
PWI
+p
Oz ax dy z
2)X
式中,ⅴ为算子,在直角坐标系中,V定义
+
+
图3流体域?格模型
其中,V1,2,V2分别是坐标轴,v2,
v的单位矢量;pP为流体微团上的压强,pa:
表1不同导流槽结构油气分配流体域网格数与节点数。,/,分別为x,y,z三个方向的体积力,
平面
球面
锥面
N:V为速度向量,=i+Wj+nk;て;表示作
网格节点数
10249
10402
18190
用在垂直于i轴平面上j方向的切应力,与流体微团
网格数
53659
54293
67858
剪切变形的时间变化率有关。
2油气分配器的数学模型
考虑到精度要求和计算时间,本文采用标准
在油气润滑系统中,气液两相流(油液和气kーe模型,这就需要求解其淪动能和耗散率方
体)是指油液在高速气体的带动下沿管壁散开形程。kーε模型湍动能ん与耗散率e方程分别为:
成一层连续环状的油膜,高速气体在管壁的中心
0(pk)o(pk7) 0
+G+G
(8)
推动油膜向前移动。本文将采用VOF界面线性插
值法,它适用于解决油气分配器中多相不混合且(e),a(pe)_a『n,h).Se(G.+G)_?2E2
相互间滑移可以忽略的流体
Cx axd. ax
2.1控制方程
式中,Ok,0e分别是湍动能k与耗散率ε的
对于一个空间位置固定的无穷小控制体,在
普朗特数;G为平均速度梯度引起的湍动能产生
单位时间内,根据质量守恒定律,单位时间内流项;C,为浮力影响引起的満动能产生项:为
出控制体的流体总质量等于控制体内流体单位时流脉动膨胀对耗散率的影响;S,S是用户定义
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