油滴与金属固体壁面碰撞特性研究

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机械零部件的喷油润滑或滴油润滑形式下,油滴与机械零件表面碰撞沉积生成润滑油膜,油滴与零件表面的碰撞特性及其后油膜的流动铺展特性极大的影响着零件表面的润滑状态。本文以喷油或滴油润滑分析与设计需求为背景,通过数值计算与试验研究,开展了油滴与金属固体壁面碰撞特性分析,探讨了油滴与金属固体壁面碰撞过程及其后沉积油膜流动铺展特性。研究工作可以为机械零部件的润滑分析与设计提供技术支持和参考依据。论文的主要研究工作如下:(1)通过对油滴与金属固体壁面正碰撞过程的变形和其后油膜流动特性的分析,采用VOF方法建立了油滴与金属固体壁面正碰撞的三维数值分析模型。通过数值计算,分析和探讨了沉积油膜动态铺展和回缩过程,以及油滴直径和碰撞速度对沉积油膜铺展直径、油膜高度、铺展速度以及碰撞力等油膜动力学特性的影响。通过与相关试验结果的对比,验证了提出的油滴与金属固体壁面正碰撞三维数值分析模型的可靠性和正确性。(2)考虑到沉积油膜在金属固体壁面流动铺展过程中接触角是动态变化的情况,提出了改进的Hoffman动态接触角模型,对Fluent软件进行二次开发,结合CLSVOF界面追踪方法,建立了考虑动态接触角的油滴与金属固体壁面倾斜碰撞三维数值分析模型。分析了倾斜碰撞过程中沉积油膜在壁面横纵方向的流动铺展和滑动等流体动力学特性,探讨了油滴直径、碰撞速度和碰撞角度等对沉积油膜流动铺展特性的影响。通过与试验结果的对比,验证了提出的油滴与金属固体壁面倾斜碰撞三维数值分析模型的可靠性和正确性。(3)建立了油滴与金属固体壁面碰撞的试验装置,利用高速摄影技术,开展了油滴与金属固体壁面碰撞的试验研究。观察了油滴与金属固体壁面碰撞过程以及沉积油膜的流动铺展形态变化,测量了沉积油膜在壁面上的铺展长度、油膜高度等流动特征参数,探讨了油滴直径、碰撞速度、碰撞角度和壁面材料类型等对油膜流动铺展特性的影响。
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