硬脂酸吸附对限量供油润滑影响的试验研究

在限量供油条件下利用球-环点接触油膜润滑测量系统对PAO10 (聚α-烯烃)和PAO10S (聚α-烯烃添加质量分数为0.2%硬脂酸)进行膜厚和摩擦系数的测量.结果表明：随卷吸速度增大，油膜厚度先升高后降低.对应膜厚转折点PAO10S具有比PAO10高的临界速度，相应地当卷吸速度高于PAO10的临界速度时，PAO10S的膜厚明显提高.摩擦系数随卷吸速度增加先下降后上升，供油量低时硬脂酸的吸附使得整体摩擦系数明显降低.硬脂酸的作用随供油量的增加而变弱.润滑效果的增强归因于硬脂酸吸附膜降低润滑轨道的表面能，润滑油因“反润湿”呈离散条状分布，在一定条件下有利于润滑轨道的自集油.     

椭圆接触弹流润滑气穴现象的实验观察

采用多光束干涉测量技术对椭圆滚子-玻璃盘形成的椭圆接触气穴现象进行了实验观察.实验在传统光弹流实验机上进行,只研究了纯滑动的情形.结果表明:气穴形状及其发展过程依赖于椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角.在一定的载荷-速度条件下,出现片状气穴区;载荷一定时,椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角越大,形成片状气穴区需要的速度越高.卷吸速度增大,气穴区向接触中心靠近;载荷增大,气穴区远离接触中心.椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角越大,气穴区越是远离接触中心,且气穴区位置受速度影响越显著.     

限量供油对速度交叉工况下润滑特性的试验研究

速度交叉效应对摩擦副表面润滑剂迁移及润滑状态改善具有重要意义.利用表面速度异向光干涉润滑油膜测量装置，在限量供油条件下，改变两固体表面卷吸速度与滑动速度夹角ε，研究了该角度变化对润滑油膜及油池边界的影响.结果表明，卷吸速度与滑动速度呈一定夹角时，部分润滑剂再分配至接触区参与成膜；由于润滑速度交叉行为导致润滑剂横向运输效果增强，限量供油条件下的润滑状态改善.此外，低供油量(0.1μl)限制了速度交叉效应的润滑增效性，产生的低油池边界减弱了两侧润滑剂的有效交汇.     

高压条件下界面滑移长度的定量测量

采用光干涉技术对高压条件下的界面滑移现象进行了试验研究.通过追踪冲击封油核心的运动位移,实现了对滑移长度的定量测量.结果表明:在纯滑条件下封油核心并不以卷吸速度运动,而是在盘纯滑时小于卷吸速度、球纯滑时大于卷吸速度,从而说明了滑移发生在玻璃盘表面.对封油核心的运动特征进行分析,得出了油膜界面滑移长度及剪应变率.试验分析表明滑移长度随油膜厚度、初始封油压力和润滑油黏度的增加而增加;随速度的增加而呈现减小趋势.     

滑滚条件下定量润滑状态与润滑剂回填效应试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜与摩擦力测量装置观察了滑滚条件下接触区润滑状态与润滑剂回填效应. 结果显示,在定量供油和恒定滑滚比下,不同供油量使接触区呈现出从边界润滑状态向弹流润滑状态的不同转化趋势,非接触回填机制是其诱因;在恒定卷吸速度下,随着滑滚比从负值向正值变化,入口距离减小、乏油宽度增加,接触区两表面润滑剂回填时间的差别是其主要原因;完全乏油条件下,接触回填机制对局部润滑油膜建立发挥明显作用.      

基于荧光法的滚动轴承内部润滑油层分布研究

润滑油在轴承内的分布及其变化规律对轴承的润滑性能有显著影响. 在本文中搭建了滚动轴承模拟试验台,基于激光诱导荧光方法实现了滚动轴承内钢球-外圈接触区附近润滑油分布的观察与测量,获得了润滑油供给油层分布的三维形貌图,研究了不同供油量和转速对轴承内部供给油层分布的影响规律. 试验结果表明充分润滑条件下相邻钢球-外圈接触区供给油池之间会形成相互连接的油带;在高速情况下,钢球-外圈接触区供给油层厚度受前一个接触区尾部空穴影响而减小;供油量的增加会增大表观油池,但并不意味着入口有效供油层的增加.      

球盘点接触区外润滑油分布的试验研究

利用激光激发荧光技术对球-盘弹流接触区附近以及自由表面上的润滑油分布进行了试验观察,探究了离心力作用下接触区附近以及自由表面上润滑油分布的变化规律. 结果表明:随着速度增大,内外两侧油池及自由表面上的油量分布均有所减少,其中外侧油池及自由表面上外侧油带的变化较明显;在一定工况条件下,外侧油池的大小存在极限,因此速度较大时外侧油池宽度对供油量变化不显著,而该极限由离心力作用和毛细力作用共同决定;在离心力作用下,自由表面上的油带有向外侧铺展的趋势,而接触区周围的油池分布对自由表面上的油带分布起决定作用.      

条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究

利用面接触油膜润滑测量系统，研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响. 对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理，形成中央条状润湿区域，在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度. 结果表明在表面力驱动下，润滑油向中央条状亲油区域集中，改善了入口区供油，促进了限量供油条件下的油膜形成. 相对油膜厚度随速度的增加呈“S”型变化，同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.      

定量定时供油方式下润滑剂分布及润滑状态试验观察

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量仪，观察定时定量供油方式下润滑剂分布状态和接触区润滑状态.结果表明，相对于以往的油滴单次定量供油方式，定时定量供油可有效改善接触区润滑状态，并分析其内在机制.供油时间是主要影响因素，在供-失平衡状态下供油间隔和卷吸速度对润滑状态的影响较弱.试验还观察到当供油位置偏离滚道中心时，润滑剂的回填量降低，润滑状态变差.     

自旋对界面滑移弹流油膜的影响

应用旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统研究了自旋对界面滑移条件下玻璃盘-钢球形成的反常弹流油膜的影响,通过弹流接触副与玻璃盘旋转中心距离的调节,在弹流润滑中实现不同程度的自旋,即引入不同的旋滑比.结果表明,随着旋滑比的增加,油膜整体厚度减小,油膜形状呈现明显的非对称性,人口凹陷的深度有所减小;最小油膜厚度的速度指数随旋滑比的增加而增加;固定偏心距,随着载荷的增加,最小膜厚先增加后减小,油膜形状的非对称性增强.对上述观察到的试验现象,也进行了相应的理论解释,认为自旋引起的卷吸速度变化及气穴区的不对称是主要诱因.     

Air transport in chute flows

The air bubble rise velocity in still water depends mainly on the bubble size and is basically influenced by buoyancy, viscosity and surface tension. In high-speed flows the number of forces acting on air bubbles increases with turbulence, non-hydrostatic pressure gradient, shear forces, bubble clouds and free-surface entrainment. Air bubbles in these flows are used for cavitation protection of hydraulic structures such as chutes, spillways and bottom outlets. Here, air is normally added by means of aerators upstream of regions where the cavitation number falls below a critical value mainly to reduce the sonic velocity of the fluid and cushion the cavitation bubble collapse process. The distance between successive aerators depends basically on the bubble rise velocity. Until today, the bubble rise velocity in high-speed flows was not thoroughly investigated because of limited laboratory instrumentation. The present project focused on the streamwise development of air concentrations in high-speed flows along a 14 m long model chute. The bubble rise velocity was indirectly derived from the air detrainment gradient of the air concentration contour lines downstream of an aeration device. It accounts for the main hydraulic parameters chute slope, Froude number and air concentration. It is demonstrated that the bubble rise velocity in high-speed flow and stagnant water differ significantly due to fracturing processes, turbulence, and the ambient air concentration.     

CFG桩复合地基沉降影响因素分析

对绕2D水翼无分离流边界层内的初生空化形态进行了实验研究. 采用高速摄像机观测 了空化初生结构的形态，应用2D-LDV测量了空化初生时翼型周围的流动速度分布，并对实 验结果进行了分析. 结果表明：绕水翼无分离边界层内，初生空化结构中空泡伴随 着近壁湍流拟序结构的发生而出现，在初生空化条件下，形成空化涡结构，大量的微空泡产生于发夹 涡结构中，并在涡结构的猝发过程中出现生成---长大---溃灭---反弹---再溃灭的过程. 初生空 化涡结构具有空泡和近壁拟序结构双重特性.     

Full-scale two-phase flow measurements on Athena research vessel

Measurements of gas volume fraction, bubble velocity, chord length and bubble size distributions were performed on the research vessel Athena II operating in Saint Andrew Bay in the gulf coast near Panama City, FL. Double tipped sapphire optical local phase-detection probes were used to acquire indicator functions downstream of the breaking bow wave, behind the masker and at the stern. These indicator functions were also taken at different depths, operating speeds and headings respect to the waves. The data processing includes the computation of velocity of individual bubbles and chord lengths, resulting in chord length distributions. These chord length distributions are used to obtain bubble size distributions using a novel procedure described in detail herein. Uncertainty analysis is performed for gas volume fraction, average bubble velocity and chord length. The results indicate that air entrainment increases with ship speed and sailing against the waves at all positions. The bow wave exhibits unsteady breaking that creates bubble clouds, which were characterized and identified by signal processing. At the stern a very strong dependence of bubble size with depth was found, with evidence that small bubbles (smaller than 500 μm) are transported through the bottom of the hull and reach the transom. The roller present at the transom, the associated strong unsteadiness and bubble entrainment are well captured, as indicated by the stern results, showing the frothy nature of the upper layer.     

超声珩磨作用下两空化泡动力学特性

为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型. 数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动力学特性的影响. 研究表明,考虑两空化泡之间的相互作用时,要想获得良好的空化效果,可将两空化泡初始半径之比控制在3 倍以内;选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值与珩磨压力和液体静压力之差介于0.66~1.89MPa 之间;增大珩磨头转速空化泡溃灭也略有加速;通过试验测量材料表面粗糙度的方法间接验证了理论分析的合理性.      

DYNAMICAL BEHAVIORS OF DOUBLE CAVITATION BUBBLES UNDER ULTRASONIC HONING

为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型. 数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动力学特性的影响. 研究表明,考虑两空化泡之间的相互作用时,要想获得良好的空化效果,可将两空化泡初始半径之比控制在3 倍以内;选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值与珩磨压力和液体静压力之差介于0.66~1.89MPa 之间;增大珩磨头转速空化泡溃灭也略有加速;通过试验测量材料表面粗糙度的方法间接验证了理论分析的合理性.     

Development of oil inclusions under the action of chemical reagents on the reservoir

Various conditions of formation of motionless closed hydrocarbon inclusions are considered: viscous instability of fluid displacement and inhomogeneous rock structure. Conditions of dynamic equilibrium of the inclusion in a water flow are given for one-dimensional and two-dimensional motion. Distributions of the oil content in inclusions of different shapes are numerically calculated. It is found that the amount of unrecovered oil depends on the ratio of the pressure gradients in the filtration flow of water pumped into the reservoir and the characteristic capillary pressure on the boundary of immiscible phases. It is demonstrated that the use of chemical reagents can substantially reduce the effect of capillary forces and promotes oil entrainment by the overall flow.     

气泡夹带对壁面油膜流动特性的影响

油-气润滑系统工作过程中,润滑油膜受微油滴冲击和压缩空气扰动影响易形成气泡夹带现象,气泡夹带行为将对壁面润滑油膜层的形成及流动过程产生重要影响。基于VOF数值模拟方法,对含气泡油膜沿倾斜壁面的流动行为进行研究,考察了气泡的存在对油膜形态和流动速度的影响规律,以及气泡破裂阶段空腔邻域内流体压力变化特性。研究表明,油膜夹带气泡的形变和迁移诱发气泡周围微流场的速度扰动现象,导致气液界面处产生非均匀速度梯度分布,进而引发油膜表面的形态波动。气泡发生破裂时,油膜空穴部位发生明显的正负压力波动现象,气泡附近壁面将承受一定的交变载荷作用。     

固壁空蚀数值研究

空蚀是空泡在固壁附近溃灭对固壁材料产生破坏的现象。本文将空泡界面假设为自由面，并由VOF(Volume of Fluid)中界面构造精度较高的Youngs方法求解，通过直接计算原始变量的Navier-Stokes方程，数值模拟了空泡距固壁不同位置时溃灭对固壁造成的空蚀破坏。计算发现空泡溃灭产生高压脉冲相对于高速射流对空蚀形成起主导作用；空泡在流场中位置不同，高压脉冲对固壁上的空蚀破坏结果不同，并给出了距离界限。