Reynolds方程在纹理表面动压润滑计算中的有效性评价

从理论上阐述了纹理表面动压润滑计算中决定Reynolds方程有效性的两个关键因素为油膜厚度与纹理特征长度的比值h/L和缩减的雷诺数re;只有当h/L和re同时趋近于零时Reynolds方程才能够获得准确的结果,并由此在h/L-Re平面上标注了Reynolds方程的适用范围.继而以二维矩形沟槽为实例,采用数值方法计算了h/L和re对Reynolds方程误差的影响规律;分析了Reynolds方程在不同条件下的失效机制;分析了矩形沟槽纹理表面Reynolds方程有效性的评价标准:当缩减的雷诺数re小于0.20,并且h/L小于0.015时能够保证Reynolds方程的误差在10%以下.     

力学走向理性——从牛顿原理到拉格朗日方程

力学走向理性──从牛顿原理到拉格朗日方程潘轺湘（中国科学院岩土力学研究所武汉４３００７１）１牛顿体系的思想墓础早在古希腊，哲人就认识到了形式逻辑、辩证与归纳演绎等方法在认识过程中所起的重大作用．经历了中世纪那冗长而沉闷的学术禁钢与僵化时期后，欧洲的先...     

渐开线齿轮传动非牛顿润滑介质的线弹流数值分析研究

采用适合各种流变模型的广义Reynolds方程，通过数值联立求解非牛顿介质的线弹流润滑基本方程组，获得了渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚、表面剪应力分布，并分析了啮合过程中非牛顿效应对齿轮传动最小油膜厚度的影响。在数值计算方向引入延拓方法，使表面煎应力迭代具有大范围收敛性。     

牛顿力学内在随机性的启示

当代非线性科学告诉我们,牛顿动力学方程的解不总是简单的,它在一定条件下可以有许多混地解,而且后者更为普遍,更能描述真实世界．混沌解的特点是,它的长期细节不能由有限精度的初条件,按拉普拉斯决定论的要求足够精确地操作出来,这一性质被称为“牛顿运动方程的内在随机性”．这样就第一次言之成理地宣告了拉普拉斯操作性决定论的破产．这里有两点需要说明：第一,流行着一种说法,认为量子力学首先否定了拉普拉斯决定论,因为量子力学只能预言测量结果的概率．实际上,波函数就是量子力学中物质系统的状态,当给定初始波函数后,只…     

非牛顿体通用模型线接触弹流润滑的数值分析

基于润滑剂在弹流润滑状态下表现为非牛顿体特性,根据弹流润滑理论,采用一种新的非牛顿体流变模型,建立了适用于非牛顿体的修正Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,进行了等温弹流润滑的数值计算,并在等温解的基础地温度场分析。数值分析结果表明,由于滑滚比和模型参数对剪应力影响较大,因而在滑滚比和模型参数较大时应进行热弹流计算。通过温度场分析可证明：非牛顿体通过模型可用于等温弹流润滑和热弹流润滑计算。     

深槽表面气体静压润滑低Reynolds数层流节流效应实验研究

气体介质在润滑间隙流动过程中,沿气体流动方向开设的表面矩形深槽结构内部产生旋涡阻碍气体流动,形成节流效应.通过矩形深沟槽表面静压润滑实验,开展深槽表面和光滑表面的流量特性对比测试,研究了低Reynolds数层流状态下深槽表面间隙的气体节流效应.结果表明:深槽表面产生显著的节流效应,并且随Reynolds数增加而增强;在低Reynolds数层流状态下,深槽表面可以产生节流效应,但是节流效应强度不稳定,当处于完全湍流状态时,节流效应维持定值;间隙尺寸、槽深等结构参数对节流效应影响明显.     

粗糙表面滑动轴承非牛顿介质润滑的计算

分析了轴承润滑中非牛顿介质的流变特性以及轴承表面形貌对润滑效果的影响,推导出了修正的雷诺方程,在方程中用差分粘度和第一正应力差函数表征非牛顿介质的流变特性,采用流量因子表征表面形貌的作用.结果表明:差分粘度的变化是影响润滑结果的主要因素,它取决于不同介质的动态参数和剪切频率范围,非牛顿介质润滑的承载力并非总高于或低于牛顿介质;在动载荷条件下,第一正应力差效应使油膜压力明显增大;影响流量因子的2个因素为表面形貌的粗糙度和纹理,但其作用远小于非牛顿介质流变特性的影响.     

两表面速度均为任意方向的非牛顿椭圆接触等温弹流润滑分析

提出了一种简单易行的方法用于进行两表面速度均为任意方向的等温点接触弹流润滑分析;建立了等温非牛顿椭圆接触弹流润滑的数学模型,综合考虑了两表面速度同向、反向及不共线且与椭圆短轴成一定角度的工况,并得到了两表面速度均为任意方向的等温数值解.结果表明:随着两表面速度方向的改变,合卷吸速度的方向不断变化,接触椭圆在计算域内的倾斜角度也随之改变;由于接触椭圆与坐标轴成一定角度,油膜的压力和膜厚不再与Y=0平面对称,Y=0平面内第二压力峰和油膜颈缩出现在出口区,而在X=0平面内第二压力峰和油膜颈缩出现在入口区.     

非牛顿流体入口收敛流动分析

本文讨论了非牛顿流体的入口收敛流动问题,考虑到粘弹性流体在流动中的粘滑行为,应用最小能原理,导出了扩展的入口收敛流边界流线方程和流体自然收敛锥角方程,并与前人的工作进行了比较和分析。     

位势流动和非均匀介质中声波方程的36种形式

声波方程是对大多数声学问题进行数学描述的出发点. 那些得到 广泛应用的经典波动方程及对流波动方程都存在苛刻的适用条件, 即仅适用于描述处于静态或匀速运动状态的定常 均匀介质中的线性无耗散声波. 然而, 很多实际场合并不满足这些严格的适用条件. 本文对经典声波方程和对流声波 方程进行推广, 导出了编号为W1$\sim$W36的36种不同形式的声波方程, 涵盖了处于静止、势流或旋涡流状态下的非均匀 和/或非定常介质中的声波传播问题. 所考虑的声波传播情形包括: (1) 线性波, 即具有小梯度(小振幅)性质; (2)非线性波, 即具有陡峭梯度性质, 包括``波纹'(小振幅大梯度)或者大振幅波. 本文仅考虑非耗散声波, 即排除了由剪切、体积黏度及热传导所引起的耗散. 对具有匀熵或等熵(熵沿流线守恒)性质的均匀介质和非均匀介质中的声传播进行了研究但非等熵(即耗散)情况除外; 另外, 对非定常介质中的 声波问题也进行了分析. 所涉及的介质可以处于静止、匀速运动状态, 或者是非匀速的和/或非定常的平均流动, 包括: (1)低Mach数的势平均流(即不可压缩的平均态), 或高速势平均流(即非均匀可压缩的平均流); ② 变截面管 道中的准一维传播, 包括无平均流的号管和具有低或高Mach数平均流的喷管; 或③平面的、空间的、或轴对称的单 向剪切平均流. 本文没有探讨其他类型的旋涡平均流(将与耗散及其他情形一起留待下一步研究), 例如, 可能与剪切效应相结合的轴对称旋转平均流. 通过对流体力学的一般方程进行消元处理或根据声学变分原理, 导出了36种波动方程, 对一些波动方程还采用这两种方法进行相互校验. 尽管声波方程的36种形式没有涵盖非线性、非均匀与非定常及非匀速运动介质 这3个效应的所有可能的组合情形, 但它们的确包括了孤立状态下的各种效应, 并包括了多种多重效应组合的 情形. 虽然经典波动方程和对流波动方程仅适用于处于静止(或匀速运动)的均匀定常介质中的线性无耗散声波, 但它们在 相关文献中已被广泛采用; 本文给出的36种声波方程提供了它们多种有用的推广形式. 在许多实际应用中, 经典波动方 程和对流波动方程仅是粗略的近似, 声波方程的更一般形式可提供更令人满意的理论模型. 本文每节末尾给出了这些应用 的众多范例. 在这篇评论文章中引用了240篇参考文献.     

A generalized Reynolds equation based on non-Newtonian flow in lubrication mechanics

A generalized Reynolds equation based on non-Newtonian flow is derived in this paper. This equation is suitable for a number of non-Newtonian flow models and can be solved numerically to obtain pressure fields in thermalhydrodynamically or elastohydrodynamically lubricated fluid films. A mathematical approach is given for solving simultaneously the shearing stress, shearing rate, velocity and equivalent viscosity. To show the application of this equation, two rheological models which have been widely used in lubrication mechanics are incorporated into this equation to obtain numerical solutions to the line contact thermal elastohydrodynamic lubrication problem.     

基于内变量理论的一种广义粘弹性本构方程

以Ｂｉｏｔ理论为基础，将弹性应变与非弹性尖变均取作状态为量，引入耗散势，建立了一种率相关非弹性本构关系及演变方程，进而导出一种广义的粘弹性本构方程。     

基于动边界微积分关系再论 任意运动控制体的雷诺输运方程推导

严格而言,流体力学中所有守恒定律均是针对物质体系的(或称流体系统),如质量、动量、动量矩和能量等守恒定律。如果跟随物质体系描述和表征流体质点系的运动行为,即为Lagrange描述方法;如果把物质体系的运动和守恒定律转换到空间坐标系中,即为人们常说的Euler描述方法。因此,对于具体考察(跟随的)的流体物质系统而言,各守恒定律存在由物质体系表征到空间体系表征的转换,这个转换关系就是著名的Reynolds输运方程。本文从动边界微积分关系式出发,系统推导了在不同运动速度控制体上的雷诺输运方程,并通过讨论进一步阐明各种不同形式输运方程的物理意义。     

THE DERIVATION OF REYNOLDS TRANSPORT EQUATION FOR ARBITRARY MOTION CONTROL VOLUME BASED ON THE DYNAMIC BOUNDARY CALCULUS

严格而言,流体力学中所有守恒定律均是针对物质体系的(或称流体系统),如质量、动量、动量矩和能量等守恒定律。如果跟随物质体系描述和表征流体质点系的运动行为,即为Lagrange描述方法;如果把物质体系的运动和守恒定律转换到空间坐标系中,即为人们常说的Euler描述方法。因此,对于具体考察(跟随的)的流体物质系统而言,各守恒定律存在由物质体系表征到空间体系表征的转换,这个转换关系就是著名的Reynolds输运方程。本文从动边界微积分关系式出发,系统推导了在不同运动速度控制体上的雷诺输运方程,并通过讨论进一步阐明各种不同形式输运方程的物理意义。     

周期性载荷对非牛顿热弹性流体动力润滑的影响

本文应用数值方法分析了周期性动载荷对线接触热弹性流体动力润滑的影响,使用Ree-Eyring流变模型来描绘润滑剂的非牛顿性质。结果显示,周期性动载可以阻滞油膜的变化并在一定程度上增加膜厚。频率很高的动载可以显著改变压力和温度的分布规律,但润滑剂的非牛顿性质在中轻载条件下并不重要。     

关于广义经典力学方程的积分法

本文给出积分广义经典力学方程的三种方法。     

大湍流度高雷诺数时并列双圆柱的平均和脉动压力分布

本文通过风洞实验研究了来流湍流度,Iu=10％雷诺数分别为Re=1.95×10~9和Re=6.5×10~5时单个圆柱和不同间距比下并列双圆柱的平均和脉动压力分布。结果表明:在Re=1.95×10~5时单个圆柱的平均压力分布类似于低湍流度高超临界雷诺数时的压力分布;当雷诺数增大至6.5×10~5时,绕圆柱表面流动的分离点前移和背压绝对值提高,总的阻力系数随之增加。并列双圆柱的间距比变化对圆柱表面压力分布影响很大,在极小间距比(N/d=1.05)时,双圆柱间的缝隙流使附近柱面产生高达-5的压力系数峰值(Re=6.5×10~5),同时脉动压力也大为增加;在较小间距比时(1.5     

A control volume-based discretization of the Reynolds equation for the numerical solution of elastohydrodynamic lubrication problems

This paper deals with the discretization of the one-dimensional Reynolds equation coupled with the film shape equation, that is used for the numerical solution of elastohydrodynamically lubricated contacts. The derivation of the developed discretization formula is based on the control volume approach. To reduce the discretization error caused by the upwind expression of the Couette (velocity) term, non-symmetric control volumes are used for discretization of the Reynolds equation, while for the elasticity equation the standard approach is used. A numerical method for the solution of the pressure and the film thickness profiles of elastohydrodynamically lubricated isothermal line contacts is presented. Results are presented for chosen typical parameters of a highly loaded contact. To show the formula efficiency, the convergence speed of both the presented discretization formula and a chosen comparative discretization formula (A.A. Lubrecht, Ph.D. Thesis, University of Twente, The Netherlands, 1987 and C.H. Venner, Ph.D. Thesis, University of Twente, The Netherlands, 1991) are checked. The results show that the presented formula gives better approximations of film thickness values for a given number of equidistant grid nodes. Moreover, the presented approach is probably suitable for more sophisticated cases, such as transient situations and elliptical contacts. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

低雷诺数俯仰振荡翼型等离子体流动控制

针对低雷诺数翼型气动性能差的特点, 通过介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体激励控制的方法, 提高翼型低雷诺数下的气动特性,改善其流场结构. 采用二维准直接数值模拟方法求解非定常不可压Navier-Stokes方程,对具有俯仰运动的NACA0012翼型的低雷诺数流动展开数值模拟.同时将介质阻挡放电激励对流动的作用以彻体力源项的形式加入Navier-Stokes方程,通过数值模拟探究稳态DBD等离子体激励对俯仰振荡NACA0012翼型气动特性和流场特性的影响.为了进行流动控制, 分别在上下表面的前缘和后缘处安装DBD等离子体激励器,并提出四种激励器的开环控制策略,通过对比研究了这些控制策略在不同雷诺数、不同减缩频率以及激励位置下的控制效果.通过流场结构和动态压强分析了等离子体进行流场控制的机理. 结果表明,前缘DBD控制中控制策略B(负攻角时开启上表面激励器,正攻角时开启下表面激励器)效果最好,后缘DBD控制中控制策略C(逆时针旋转时开启上表面激励器,顺时针旋转时开启下表面激励器)效果最好,前缘DBD控制效果会随着减缩频率的增大而下降, 同时会导致阻力增大.而后缘DBD控制可以减小压差阻力, 优于前缘DBD控制,对于计算的所有减缩频率(5.01~11.82)都有较好的增升减阻效果.在不同雷诺数下, DBD控制的增升效果较为稳定, 而减阻效果随着雷诺数的降低而变差,这是由流体黏性效应增强导致的.      

大雷诺数线性剪切流绕圆柱的分离流动

本文采用离散涡方法计算了大雷诺数下线性剪切流绕圆柱的分离流动,计算结果给出阻力系数、横向力系数、边界层分离点、斯特罗哈数及尾流中旋涡的分布图案,计算数据与已有的实验数据相吻合。