CFD技術(shù)及流體域的建模概述1.1CFD的介紹CFD是指計(jì)算流體力學(xué)，是進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于管柱設(shè)計(jì)、流體機(jī)械設(shè)計(jì)、航天設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)工業(yè)、化學(xué)處理工業(yè)、半導(dǎo)體設(shè)計(jì)等諸多工程領(lǐng)域。計(jì)算流體力學(xué)在最近20年得到飛速的發(fā)展，除了計(jì)算機(jī)硬件工業(yè)的發(fā)展給它提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)外，還主要因?yàn)闊o論分析方法或?qū)嶒?yàn)的方法都有較大的限制，例如由于問題的復(fù)雜性，既無法做分析解，也因昂貴而無力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定，而CFD的方法正具有成本低和能模擬較復(fù)雜或理想的過程等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過一定考核的CFD軟件可以擴(kuò)寬實(shí)驗(yàn)研究的范圍，減少成本昂貴的實(shí)驗(yàn)工作量。在給定的參數(shù)下用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)象而后有實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)的例子。CFD軟件一般都能推出多種優(yōu)化的物理模型，如定常和非定常流動(dòng)、層流、紊流、不可壓縮和壓縮流動(dòng)都有適合它的數(shù)值解法，用戶可以對(duì)顯式或隱式差分進(jìn)行數(shù)值交換，以期在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳。CFD技術(shù)，簡單的說就是在計(jì)算機(jī)中做虛擬的實(shí)驗(yàn)，對(duì)真實(shí)的流體流動(dòng)進(jìn)行模擬，一般包括數(shù)學(xué)物理模型的建立、前處理、求解、后處理這幾個(gè)過程，我們選用UGNX軟件進(jìn)行流體模型的建立，選用ICEM對(duì)流體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用Fluent對(duì)劃好的網(wǎng)格進(jìn)行參數(shù)分析，得出承載性能最優(yōu)的表面織構(gòu)。1.1UG軟件的介紹UG軟件主要包括CAD、CAM、三維實(shí)體建模等功能，在機(jī)械、航空航天、汽車、交通等機(jī)械設(shè)計(jì)方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。在研究軸頸軸承表面織構(gòu)摩擦性能的過程中，潤滑油需要通過兩個(gè)接觸面的間隙，因此需運(yùn)用UG軟件對(duì)潤滑油流過的流體域進(jìn)行三維建模，在UG軟件中，對(duì)流體域的建模與實(shí)體建?；疽恢隆?.3UG幾何模型的建立在本文中使用了三維軸承的形狀，構(gòu)建3種不同的表面織構(gòu)紋理模型，分別為三角形表面織構(gòu)、半球形表面織構(gòu)、T型溝槽表面織構(gòu)，每種紋理都有相同的深度、面積占比和位置，使計(jì)算結(jié)果具有可比性。為了對(duì)不同形狀、不同參數(shù)的表面織構(gòu)的承載性能進(jìn)行比較與分析，定義流體域，建立至少3種表面織構(gòu)的軸頸軸承，對(duì)它的性能分析計(jì)算，通過計(jì)算他們的承載能力來分析出最合理方案如下圖2-1所示，為三維軸承的二維平面圖，包括軸承孔、軸頸、油膜、表面織構(gòu)等等，軸承孔R(shí)1的半徑為10.3mm，軸頸R2的半徑為10mm，徑向間隙C=0.15，軸的寬度為10mm，初定軸的轉(zhuǎn)速為100rad/s，油膜的偏心率為ε=0.5，偏心距e為0.05mm，偏心角θ=0°，由公式2-1可以分析計(jì)算出流體域最薄處油膜和最厚處油膜的厚度，可以得出最薄處膜油厚度為0.1mm，最厚處的油膜為0.2mm。(2-1)織構(gòu)為正方形表面織構(gòu)，本次分析是軸頸軸承在穩(wěn)定、恒壓、恒溫、層流情況下的動(dòng)壓潤滑情況，數(shù)值計(jì)算的有關(guān)物理參數(shù)為：潤滑油的動(dòng)力粘度η=0.08Pa·s，潤滑油的密度р=800kg/m3，，軸承孔的表面為固定壁面，軸頸表面為旋轉(zhuǎn)壁面，轉(zhuǎn)速為100rad/s，兩個(gè)表面之間設(shè)置為流體區(qū)域。圖2-1軸頸軸承流體域建模二維圖如圖2-2~2-4所示。建立三種不同的表面織構(gòu)流體域，本文建立的表面織構(gòu)有三種模型，包括三角形表面織構(gòu)、正方形表面織構(gòu)和T型槽表面織構(gòu)。圖2-2三角形表面織構(gòu)圖2-3正方形表面織構(gòu)圖2-4T型槽表面織構(gòu)三種表面織構(gòu)都有相同的織構(gòu)深度和面積占用率，初定三種表面織構(gòu)的深度為0.3mm,面積占用率為9.71%,對(duì)其承載力的進(jìn)行分析，總結(jié)出最優(yōu)形狀承載力。為了更好的確定最佳方案，可以通過改變織構(gòu)的面積和深度，進(jìn)行分析，做出多種不同的結(jié)果，鏡子那個(gè)承載力的對(duì)比。第一組：比較三種形狀不同的表面織構(gòu)，保證織構(gòu)的面積和深度相等，進(jìn)行承載力的對(duì)比。第二組：保證正方形表面織構(gòu)單個(gè)織構(gòu)的面積相同，深度不同，進(jìn)行承載力的對(duì)比。第三組：保證正方形表面織構(gòu)深度相同，單個(gè)織構(gòu)面積的不同，進(jìn)行承載力的對(duì)比。第四組：保證T字型表面織構(gòu)單個(gè)織構(gòu)的面積相同，深度不同，進(jìn)行承載力對(duì)比。第五組：保證T字型表面織構(gòu)深度相同，單個(gè)織構(gòu)面積的不同，進(jìn)行承載力對(duì)比。第六組：保證三角形的表面織構(gòu)單個(gè)織構(gòu)的面積相同，深度不同，進(jìn)行承載力的對(duì)比。第七組：保證三角形的表面織構(gòu)深度相同，單個(gè)織構(gòu)面積的不同，進(jìn)行承載力的對(duì)比。改變流體域表面織構(gòu)的面積和深度，集體參數(shù)如下表2-1所示。表2-1表面織構(gòu)參數(shù)正方形單個(gè)表面織構(gòu)面積/mm20.160.160.160.16深度/mm0.30.350.40.45正方形單個(gè)表面織構(gòu)面積/mm20.090.160.250.36深度/mm0.30.30.30.3T字型單個(gè)表面織構(gòu)面積/mm20.160.160.160.16深度/mm0.30.350.40.45T字型單個(gè)表面織構(gòu)面積/mm20.10.140.160.2深度/mm0.30.30.30.3三角形單個(gè)表面織構(gòu)面積/mm20.160.160.160.16深度/mm0.30.350.40