牛顿流变转变为非牛顿流变行为的教学方法

牛顿流变与非牛顿流变是流体力学的重要分支。本文从基本的流变模式出发,介绍了非牛顿流变的特性与分类,引入并推导非晶合金牛顿流变转变为非牛顿流变行为的力学机制。最后介绍了假塑性流体在工程实际中的应用。本文综合作者近年来对于无序固体高温流变力学行为的研究结果和非牛顿流变力学的教学实践,结合了学生的学习效果,从教学内容和思路逻辑方面进行讨论。文中教学方法可为讲授非牛顿流变力学课程的教师提供借鉴。

     

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。     

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。     

粗糙表面分维计算的立方体覆盖法

针对三角形棱柱表面积法和投影覆盖法在计算粗糙表面分形维数中存在的问题,提出了计算粗糙表面分维的立方体覆盖法,对计算结果进行了对比分析,并进一步对表面分维计算中的有关理论问题进行了分析,发现立方体覆盖法作为一种几何意义上的覆盖法,并计算结果比三角形棱柱表面积法和投影覆盖法更接近实际。     

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.     

采用混合边界温度的滑动轴承热动力润滑计算

根据流量连续和能量守恒原理，在滑动轴承热动力润滑计算中采用了一种确定混合边界温度的简单方法。与通常的平均边界温度方法相比，采用该混合边界温度使得轴承油膜温度提高，同时对轴承静特性系数、动特性系数，以及系统稳定性均构成不同程度的影响。最后的实验验证了该方法的可行性。     

润滑力学中非牛顿流动的普遍Reynolds方程

本文导出了润滑力学中关于非牛顿流动的普遍 Reynolds 方程。这一方程适用于多种非牛顿流动模型,可以用于解算热流体动力润滑或热弹性流体动力润滑膜的压力分布。本文给出了一种同时求出剪应力、剪切率、速度和等效粘度的解法,并以两种润滑力学中常用的流变模型为例,应用这一方程得到了线接触热弹性流体动力润滑问题的数值解。     

重载滑动轴承非牛顿流体的三维弹性流体动力润滑分析的加权平均法

本文采用加权平均法成功地求解了由广义Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程（幂次型）和三维弹性方程组成的非牛顿体弹流模型，该方法较好的解决了大偏心率下的弹流迭代收敛困难的问题。该方法具有收敛快，对初值要求松且计算精度高等优点，是一种解决弹流问题较好的迭代模式。     

复合表面径向滑动轴承的概念和性能预报

近年来的研究发现固液界面的滑移可以减小表面摩擦,但也会造成流体动力效应下降甚至消失.本文提出了复合表面滑动轴承的概念,轴套表面由具有不同吸附和滑移特性的复合表面组成,发现复合表面轴承比普通轴承有许多优点.通过改变轴套表面的滑移特性可以改变和优化轴承的各种性能,例如摩擦系数、承载力、润滑剂流量、承载角等.数值解表明,在轴承高压区改变轴套表面滑移特性,轴承的整体性能会有大幅度提高.例如,本文给出的初步优化设计方案使得摩擦系数降低50%以上,同时承载力可提高20%,并且承载角可以降低33%.本文提出的设计理念不但可用于设计出具有更优异特性的径向滑动轴承,而且可以设计出具有复合表面的轴向滑动轴承或滑块轴承.复合表面滑动轴承在降低轴承摩擦、提高承载能力方面有很大的空间可以探索.     

非牛顿体不稳定流的研究

本文通过试验和分析研究了非牛顿体明渠不稳定流的机理,阐明了不稳定流的产生和发展是由于流体具有屈服应力,利用这一机理,解释了高含沙洪水的波动和“浆河”现象、冰川流和泥流的不稳定流和泥石流的阵流现象。     

非牛顿流体有限长粗糙轴承分析

本文采用H.Christense力提出的随机粗糙模型,推导了幂律型流体纵向粗糙型和横向粗糙型润滑雷诺方程和相应的承载力、流量系数和摩擦系数的计算公式.对有限长动载径向轴承纵向粗糙型雷诺方程,用差分方法进行数值求解,得到了粗糙度和幂律指数对轴承的压力分布、承载力、流量系数和摩擦系数影响曲线,并有表面粗糙度和润滑油的非牛顿特性独立地影响轴承油膜力学特性的结论.     

Optimum Gas Journal Bearing with the Flexible Surface

The optimum shape of the cylindrical internal deformable (flexible) surface of a gas journal bearing of infinite length is designed. The variational problem of determining the clearance shape giving the maximum bearing load capacity is formulated and solved.     

不同表面粗糙度的摩擦副润滑状态的 Stribeck曲线研究

利用Stribeck润滑曲线理论分析和薄膜润滑试验考察了不同表面粗糙度的钢球与圆盘点接触及钢滑块与圆盘面接触摩擦副的润滑状态，通过改变圆盘转速获得了包含薄膜润滑状态的Stribeck曲线．结果表明：在Stribeck曲线上可以划分出薄膜润滑状态，其位于摩擦系数谷底附近；薄膜润滑的产生及其区间大小同圆盘表面粗糙度密切相关；圆盘表面粗糙度较小时更易形成薄膜润滑状态，而圆盘表面粗糙度较大时薄膜润滑状态不明显；光滑表面对应的Stribeck曲线谷底较宽，相应的薄膜润滑区间亦较宽．     

Optimum Gas Journal Bearing with Open Bearing Ends and Feeder Slot

The optimum design of the cylindrical outer contours of a gas journal bearing is obtained using the methods of the calculus of variations with allowance for the lubricant leakage through the bearing ends and the feeder slot when the lubricant mass in the working gap is conserved. The variational problem of designing the clearance shape giving the maximum bearing load capacity is formulated and solved. A modified Elrod-Burgdorfer condition for the pressure is used.     

接触表面不平度对摩擦尖叫噪声的影响

针对摩擦尖叫的间歇性特点,建立了考虑摩擦接触表面不平度的3自由度摩擦自激振动机理模型.应用数值方法分析了接触表面不平度倾角对系统稳定性及瞬态动力学特性的影响,并进行了基于销-盘装置的摩擦尖叫噪声试验研究.结果表明:系统的稳定性主要取决于系统自身的耦合特性,但也与摩擦特性和接触表面不平度倾角的综合作用有关.当接触表面不平度倾角增大时,系统趋向不稳定,会激发尖叫噪声.     

表面粗糙度对微细管内气体流动特性的影响

采用了表面粗糙度粘性系数模型对微细管内的气体流动进行数值模拟，以研究微管内壁表面粗糙度对微管内气体流动的影响。运用本文改进的表面粗糙度粘性系数模型，数值模拟与实验数据十分吻合。计算结果表明，进出口压力一定时，表面粗糙度对流场的压力、密度及温度分布的影响不大，但是对速度场的影响十分显著，表面粗糙度使气体流动速度减小，并使壁面附近的速度梯度减小，从而使通过管道的气体质量流量减小，在微管内的气体流动中，表面粗糙度的影响是不能被忽略的。     

Thermal Dispersion Effects on Combined Convection in Non-Newtonian Fluids Along a Nonisothermal Vertical Plate in a Porous Medium

The method of non-similarity solution is used to study the influence of thermal dispersion on combined convection from vertical surfaces in a porous medium saturated with a power-law type non-Newtonian fluid. The coefficient of thermal diffusivity has been assumed to be the sum of molecular diffusivity and the dispersion thermal diffusivity due to mechanical dispersion. The transformed conservation laws are solved numerically for the case of variable surface heat flux conditions. Results for the details of the velocity and temperature fields as well as the Nusselt number have been presented.     

基于表面粗糙度影响的摩擦声发射特性研究

接触表面粗糙度是影响摩擦的重要因素之一,而摩擦为复杂的动态过程,在线测量非常困难.为了研究表面粗糙度对摩擦的影响,利用声发射技术对不同粗糙度表面的摩擦过程进行了检测.研究结果表明：摩擦系数随着表面粗糙度的增大而增大,但当粗糙度增至一定程度时,摩擦系数随着表面粗糙度的增大而减小;声发射信号各参数（振铃计数、振幅、能量）随表面粗糙度的变化规律与摩擦系数随粗糙度的变化规律一致;声发射信号各参数与表面粗糙度存在密切的对应关系,因此,用声发射技术实时监测摩擦过程是可行的.