基于SPH方法的活塞组-缸套间润滑油输运问题研究
发布时间：2021-12-27 19:42
绿色交通系统受材料科学、生产工艺以及配套服务设施的限制,很难在短时间内实现真正的普及,使用液体燃料的内燃机在未来几十年在各行各业将继续发挥重要作用。减少内燃机内部摩擦造成的机械损失已成为当下和今后主要攻克的难题之一,给内燃机各组件提供良好的润滑条件是最行之有效的方式,因此研究内燃机内部润滑油膜的输运机理,指导润滑油的开发和内燃机各组件的结构设计在学术上和工程上均有重要意义。在内燃机内部,活塞组与缸套间的摩擦损失占比最高,但活塞组与缸套间润滑油传输过程是一个极其复杂的瞬态过程,给实验研究带来很多困难。数值模拟为活塞组-缸套间润滑油输运过程研究提供了有效手段。在活塞裙部与缸套,活塞环岸以及活塞环与缸套间润滑油的输运过程伴随复杂的多相间相互作用,自由液面演化和润滑油膜的大变形行为,基于雷诺方程的经典润滑理论在计算涉及自由液面演化、外部强制作用下的润滑油膜大变形问题时会遭遇多重解或数值震荡等困难。光滑粒子动力学(SPH)作为一种纯拉格朗日无网格方法,在处理多相间界面移动,自由表面演化以及流体结构大变形等复杂流体问题有独特优势。本文利用Navier-Stokes方程描述润滑油膜的输运过程,首次采...
【文章来源】： 中北大学山西省
【文章页数】：162 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 活塞组-缸套间润滑问题概述
1.2.1 活塞裙部-缸套间的润滑
1.2.2 活塞环-缸套间的润滑
1.2.3 活塞环岸
1.2.4 润滑油膜中的自由表面行为
1.2.5 基于雷诺方程的经典润滑理论介绍
1.3 活塞组-缸套间润滑问题的研究进展
1.3.1 实验研究
1.3.2 数值模拟研究
1.3.3 SPH方法在润滑问题中的应用
1.4 本文的主要研究工作
第二章 润滑油输运问题的SPH理论及数值处理方法
2.1 SPH方法的基本原理
2.1.1 核近似
2.1.2 粒子近似
2.2 光滑函数
2.2.1 光滑函数的性质
2.2.2 经典核函数
2.3 流体力学控制方程
2.3.1 连续介质力学控制方程
2.3.2 控制方程的离散
2.3.3 压力求解方法
2.3.4 人工粘性
2.4 提高数值精度的方案
2.4.1 周期性密度修正
2.4.2 核梯度修正
2.5 边界处理
2.6 时间积分
2.6.1 蛙跳格式
2.6.2 预估校正格式
2.6.3 CFL条件
2.7 本章小结
第三章 基于SPH方法的活塞裙部-缸套全油膜润滑下的润滑油输运研究
3.1 引言
3.2 模型的建立
3.3 SPH方法的改进
3.4 结果及分析
3.4.1 SPH方法的验证
3.4.2 粘性的影响
3.4.3 转速的影响
3.4.4 速度幅值的影响
3.4.5 综合分析
3.4.6 典型的速度分布
3.4.7 间隙高度的影响
3.5 讨论
3.6 本章小结
第四章 粒子间作用力表面张力模型建立及其应用
4.1 引言
4.2 粒子间作用力表面张力模型
4.3 计算结果及分析
4.3.1 光滑长度的影响
4.3.2 径向物理性质的影响
4.3.3 总动能的影响
4.3.4 粒子间作用力模型引起的应力不稳定性
4.3.5 浸润现象模拟
4.4 本章小结
第五章 基于SPH方法的活塞环岸润滑油输运数值研究
5.1 引言
5.2 活塞环岸润滑油膜的特征
5.3 计算结果与分析
5.3.1 平板上预先不存在润滑油
5.3.2 平板上预先有润滑油
5.3.3 活塞环岸上的润滑油输运
5.4 本章小结
第六章 基于SPH方法的活塞环润滑的数值研究
6.1 引言
6.2 计算模型
6.3 计算结果及分析
6.3.1 润滑油压力及速度变化
6.3.2 活塞环前缘润滑油的积聚
6.3.3 涡的运动
6.3.4 监测点的压力演化过程
6.3.5 活塞环周围的压力分布
6.3.6 缸套附近的压力分布
6.3.7 自由液面的变化
6.3.8 讨论
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 SPH方法的改进
7.2 SPH方法的应用
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Smoothed particle hydrodynamics(SPH) for modeling fluid-structure interactions [J]. Moubin Liu,Zhilang Zhang. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2019(08)
[2]活塞组件-缸套摩擦副润滑研究综述 [J]. 刘广胜,孙军. 汽车工程学报. 2019(01)
[3]低黏度润滑油与织构对活塞环-缸套摩擦特性的影响 [J]. 刘郡,张执南,谢友柏. 上海交通大学学报. 2018(05)
[4]Everything you always wanted to know about SDPD★（★but were afraid to ask） [J]. M.ELLERO,P.ESPAOL. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2018(01)
[5]表面织构对内燃机缸套-活塞环系统摩擦性能的影响 [J]. 苗嘉智,郭智威,袁成清. 摩擦学学报. 2017(04)
[6]进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响 [J]. 孙军,刘广胜,许枫,苗恩铭,宋现浩,舒磊,朱黄龙,徐志豪,张正,赵军伟. 摩擦学学报. 2015(04)
[7]船用柴油机第一道活塞环岸积碳的微观形貌和孔隙特性的相衬显微CT研究 [J]. 张旭升,彭冠云,杜国浩,江国和,孙秀成,邓彪,谢红兰,吴志军,肖体乔. 中国科学:技术科学. 2014(09)
[8]内燃机活塞环-缸套摩擦副摩擦学的研究进展 [J]. 王先义,孙军,张亮,朱新龙. 小型内燃机与摩托车. 2014(02)
[9]柴油机缸套活塞环粗糙度对机油消耗的影响研究 [J]. 尹必峰,汪博文,钱晏强,孙韶,吴立来,宋建华. 内燃机工程. 2016(03)
[10]结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能影响的数值模拟 [J]. 周龙,白敏丽,吕继组. 内燃机学报. 2012(05)
博士论文
[1]润滑油对柴油机颗粒物排放及活塞积碳的影响研究[D]. 董立辉.天津大学. 2014
[2]内燃机活塞组件动力学与摩擦学耦合建模及应用研究[D]. 卢熙群.哈尔滨工程大学. 2013
[3]柴油机关键摩擦副的摩擦润滑性能研究[D]. 刘娜.山东大学. 2012
[4]活塞组多物理场耦合非线性问题及环组机油消耗改进设计研究[D]. 景国玺.浙江大学. 2011
本文编号：3552609
【文章来源】： 中北大学山西省
【文章页数】：162 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 活塞组-缸套间润滑问题概述
1.2.1 活塞裙部-缸套间的润滑
1.2.2 活塞环-缸套间的润滑
1.2.3 活塞环岸
1.2.4 润滑油膜中的自由表面行为
1.2.5 基于雷诺方程的经典润滑理论介绍
1.3 活塞组-缸套间润滑问题的研究进展
1.3.1 实验研究
1.3.2 数值模拟研究
1.3.3 SPH方法在润滑问题中的应用
1.4 本文的主要研究工作
第二章 润滑油输运问题的SPH理论及数值处理方法
2.1 SPH方法的基本原理
2.1.1 核近似
2.1.2 粒子近似
2.2 光滑函数
2.2.1 光滑函数的性质
2.2.2 经典核函数
2.3 流体力学控制方程
2.3.1 连续介质力学控制方程
2.3.2 控制方程的离散
2.3.3 压力求解方法
2.3.4 人工粘性
2.4 提高数值精度的方案
2.4.1 周期性密度修正
2.4.2 核梯度修正
2.5 边界处理
2.6 时间积分
2.6.1 蛙跳格式
2.6.2 预估校正格式
2.6.3 CFL条件
2.7 本章小结
第三章 基于SPH方法的活塞裙部-缸套全油膜润滑下的润滑油输运研究
3.1 引言
3.2 模型的建立
3.3 SPH方法的改进
3.4 结果及分析
3.4.1 SPH方法的验证
3.4.2 粘性的影响
3.4.3 转速的影响
3.4.4 速度幅值的影响
3.4.5 综合分析
3.4.6 典型的速度分布
3.4.7 间隙高度的影响
3.5 讨论
3.6 本章小结
第四章 粒子间作用力表面张力模型建立及其应用
4.1 引言
4.2 粒子间作用力表面张力模型
4.3 计算结果及分析
4.3.1 光滑长度的影响
4.3.2 径向物理性质的影响
4.3.3 总动能的影响
4.3.4 粒子间作用力模型引起的应力不稳定性
4.3.5 浸润现象模拟
4.4 本章小结
第五章 基于SPH方法的活塞环岸润滑油输运数值研究
5.1 引言
5.2 活塞环岸润滑油膜的特征
5.3 计算结果与分析
5.3.1 平板上预先不存在润滑油
5.3.2 平板上预先有润滑油
5.3.3 活塞环岸上的润滑油输运
5.4 本章小结
第六章 基于SPH方法的活塞环润滑的数值研究
6.1 引言
6.2 计算模型
6.3 计算结果及分析
6.3.1 润滑油压力及速度变化
6.3.2 活塞环前缘润滑油的积聚
6.3.3 涡的运动
6.3.4 监测点的压力演化过程
6.3.5 活塞环周围的压力分布
6.3.6 缸套附近的压力分布
6.3.7 自由液面的变化
6.3.8 讨论
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 SPH方法的改进
7.2 SPH方法的应用
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Smoothed particle hydrodynamics(SPH) for modeling fluid-structure interactions [J]. Moubin Liu,Zhilang Zhang. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2019(08)
[2]活塞组件-缸套摩擦副润滑研究综述 [J]. 刘广胜,孙军. 汽车工程学报. 2019(01)
[3]低黏度润滑油与织构对活塞环-缸套摩擦特性的影响 [J]. 刘郡,张执南,谢友柏. 上海交通大学学报. 2018(05)
[4]Everything you always wanted to know about SDPD★（★but were afraid to ask） [J]. M.ELLERO,P.ESPAOL. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2018(01)
[5]表面织构对内燃机缸套-活塞环系统摩擦性能的影响 [J]. 苗嘉智,郭智威,袁成清. 摩擦学学报. 2017(04)
[6]进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响 [J]. 孙军,刘广胜,许枫,苗恩铭,宋现浩,舒磊,朱黄龙,徐志豪,张正,赵军伟. 摩擦学学报. 2015(04)
[7]船用柴油机第一道活塞环岸积碳的微观形貌和孔隙特性的相衬显微CT研究 [J]. 张旭升,彭冠云,杜国浩,江国和,孙秀成,邓彪,谢红兰,吴志军,肖体乔. 中国科学:技术科学. 2014(09)
[8]内燃机活塞环-缸套摩擦副摩擦学的研究进展 [J]. 王先义,孙军,张亮,朱新龙. 小型内燃机与摩托车. 2014(02)
[9]柴油机缸套活塞环粗糙度对机油消耗的影响研究 [J]. 尹必峰,汪博文,钱晏强,孙韶,吴立来,宋建华. 内燃机工程. 2016(03)
[10]结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能影响的数值模拟 [J]. 周龙,白敏丽,吕继组. 内燃机学报. 2012(05)
博士论文
[1]润滑油对柴油机颗粒物排放及活塞积碳的影响研究[D]. 董立辉.天津大学. 2014
[2]内燃机活塞组件动力学与摩擦学耦合建模及应用研究[D]. 卢熙群.哈尔滨工程大学. 2013
[3]柴油机关键摩擦副的摩擦润滑性能研究[D]. 刘娜.山东大学. 2012
[4]活塞组多物理场耦合非线性问题及环组机油消耗改进设计研究[D]. 景国玺.浙江大学. 2011
本文编号：3552609
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