油-气微量润滑系统工作过程中,高速气流将润滑油以精细液滴形式喷射到零部件表面。对于油滴持续撞击壁面的行为,壁面往往会随着时间变化形成一层附壁油膜,后续油滴主要是与油膜发生撞击作用。相关研究表明气流输送油滴时易受润滑油的挤压作用形成微小的气泡。气泡的存在会破坏油膜的完整性并加速润滑油的氧化变质,造成润滑不良并显著影响设备的服役寿命。本文以单油滴撞击壁面为研究对象,开展了微气泡对油滴撞壁动力学影响的基础性研究。论文的主要工作内容与结论如下:1)采用耦合的水平集-流体体积法(CLSVOF)对含气泡液滴撞击固体壁面的演化过程进行了数值模拟,通过与前人的实验数据进行对比,验证了数值模型与计算方法的可行性。2)结合油-气微量润滑技术应用背景,以矩形沟槽为代表,数值研究了含气泡油滴撞击矩形沟槽壁面的运动行为。重点考察了油滴撞击矩形沟槽壁面后的形态演化过程,分析了中心射流形成机制和气体夹带的分布规律,并探究了沟槽宽度、沟槽深度和撞击位置对油滴铺展特性的影响。研究结果表明,含气泡油滴在矩形沟槽壁面铺展时会形成中心射流,沟槽内部存在气体夹带现象。气泡底部的速度漩涡是形成中心射流的主要原因,沟槽内的气体夹带受油滴铺展速度影响呈现规律性分布。当液体黏度增加时,含气泡油滴在各方向上的铺展长度均减小。沟槽宽度对含气泡油滴在垂直沟槽方向和平行沟槽方向的铺展长度影响较大,但对铺展高度影响较小。当无量纲沟槽宽度为0.3时,油滴形成颈部射流并在运动后期使垂直沟槽方向的铺展长度迅速增加。此外,沟槽深度也对含气泡油滴在各方向的铺展有重要影响,随着沟槽深度增加,中心射流现象越难形成。撞击位置变化不改变油滴在沟槽壁面上的运动演化过程,但对沟槽内部的气体夹带规律有一定影响。3)采用二维轴对称模型模拟了含气泡油滴撞击加热壁面的运动行为,重点考察了油滴撞击壁面后的形态演化过程,分析了中心射流发生时液壳的破裂机制,并探究了撞击速度和壁面温度对油滴流动特性和传热特性的影响。研究显示,随着撞击速度增加,含气泡油滴撞击加热壁面后会依次出现铺展、过渡和中心射流三种不同的演化过程。压力分布和速度分布表明中心射流发生时的液壳破裂源于惯性力与表面张力的综合作用。不同演化过程中油滴的铺展长度变化规律较为相似,而油滴中心高度变化存在较大差异。撞击速度越高,壁面热流密度越高,且最大热流密度距离油滴中心越远。此外,壁面温度同样对含气泡油滴在壁面上的流动及传热特性有一定影响。受润滑油黏温特性作用,壁面温度越高,油滴的铺展长度越大,而油滴的中心高度几乎不受壁面温度的影响。壁面热流密度和最大热流密度距油滴撞击中心的长度随着壁面温度增大而增加。4)开展了含气泡油滴撞击油膜壁面的数值研究,考察了含气泡油滴撞击油膜壁面时气泡的变形运动过程,探讨了气泡破裂的动力学机制,并分析了气泡大小、撞击速度和液体黏度等因素对含气泡油滴撞壁过程中气泡变形特征参数的影响规律。研究结果显示,含气泡油滴撞击油膜壁面后气泡会发生变形,并破裂形成膜液滴;气泡随同液滴运动过程中,气泡内外压力和速度梯度变化是使气泡发生破裂的主要诱因。气泡直径对气泡破裂方式影响较大,气泡较小时发生单点破裂,而气泡较大时更容易发生多处破裂。不同直径的气泡受力差异较大,气泡直径与破裂发生时刻没有明显相关性。撞击速度和液体黏度对气泡的变形、破裂和破裂发生时刻都具有一定的影响。撞击速度越大,油滴动能越大,更容易产生气泡变形和破裂现象。液体黏度增大,在油滴撞壁运动前期促进气泡变形,而在运动后期可以阻延气泡破裂行为发生。5)对油滴撞击含气泡油膜的运动行为进行数值模拟研究,重点考察了油膜层内气泡的变形运动过程,探讨了气泡在油膜内部破裂的动力学机制,并分析了气泡大小、气泡位置和油膜厚度等因素对撞击过程中气泡变形特征参数的影响规律。研究发现,随着气泡直径增大,油滴撞击含气泡油膜后气泡会依次出现油膜表面破裂、稳定变形以及油膜内部破裂等现象。在油膜内部破裂过程中,气泡破裂是源于黏性剪切力和表面张力的共同作用。直径为20μm的气泡能较稳定存在于油膜层内,同时该值也是气泡发生自由表面破裂和油膜内部破裂的临界点。此外,气泡所在位置和油膜厚度同样对气泡变形历程有一定影响,气泡越接近油膜表面,气泡变形量越大;位于油膜底层的气泡会附着在壁面上。油膜厚度越小,气泡变形量越大且更易发生破裂。迄今为止,有关油-气微量润滑的基础研究尚不成熟,致使工程应用中缺乏相应的理论指导。本文的研究工作可以为探究微气泡对润滑过程的影响提供理论参考,同时对于深化液滴碰壁过程中气泡动力学规律的理解具有重要意义。