[发明专利]一种考虑表面形貌的静压油垫流场特性数值仿真方法

权利要求书

1.一种考虑表面形貌的静压油垫流场特性数值仿真方法，包括：数学建模求解、流场特性分析、优化设计步骤；其特征在于：

数学建模求解步骤，针对油垫表面粗糙度，以克里斯坦森随机粗糙度模型为基础，建立了径向和周向两个方向上的表面粗糙度模型；基于上述油垫表面粗糙度的模型，考虑在转台旋转过程中受热效应与动压效应作用的影响；为此，在考虑粗糙度效应的基础上，通过联立雷诺方程和能量方程，建立了支承油垫热效应、动压效应及其耦合效应的模型；

流场特性分析步骤，通过求解联立的方程组，进行求解分析；主要包括静力学分析和动力学分析；静力学分析后处理中输出、压力分布随粗糙度参数的变化规律图、径向和周向粗糙度对比图、压力分布曲线图、速度矢量图、压力等值线图、温度云图、压力云图、流线图；动力学分析后处理中输出压力随动压参数变化曲线图、速度矢量图、承载能力随动压参数变化规律图、压力等值线图、等温线图、压力云图；

优化设计步骤，系统自动调用优化设计模块，用户输入粗糙度参数、动压参数、油膜厚度、油垫直径为设计变量，定义静压油垫流场特性分析中的油垫承载能力和油膜刚度极值为优化目标，并设定变量取值范围，系统调入优化命令流，进行优化计算，最终输出优化后的结构参数，包括粗糙度参数、动压参数、油膜厚度、油垫直径。

2.根据权利要求1所述的一种考虑表面形貌的静压油垫流场特性数值仿真方法，其特征在于：所述的数学建模求解中所列出的方程组合求解过程和求解思路；

无量纲化的考虑动压效应的径向粗糙度的雷诺方程

其中各无量纲参量的含义为：

r^*：无量纲径向坐标；

无量纲平均粘度；

无量平均纲密度；

h^*：无量纲油膜厚度；

σ^*：无量纲综合粗糙度；

p^*：无量纲压力；

S：无量纲动压数；

无量纲化的考虑动压效应的周向粗糙度的雷诺方程

其中各无量纲参量的含义为：

r^*：无量纲径向坐标；

无量纲平均粘度；

无量平均纲密度；

h^*：无量纲油膜厚度；

σ^*：无量纲综合粗糙度；

p^*：无量纲压力；

S：无量纲动压数；

无量纲化的能量方程

其中各无量纲参量的含义为：

ρ^*：无量纲密度；

u^*：r方向的移动速度；

v^*：θ方向移动速度；

T^*：无量纲温度；

η^*：无量纲周围介质粘度；

求解思路如下：a)令S＝0，求解雷诺方程，得到满足雷诺方程的静压解即满足齐次平均雷诺方程的通解，并不求解油腔内的压力分布，认为油腔内的油腔压力在无量纲化后都恒等于1；b)令S＝C，其中C为一个大于0的常数，求解雷诺方程，得到满足雷诺方程的动压解即满足非齐次平均雷诺方程的特解，考虑到只是由于流体动压效应而引起的流体动压力；假设初始压力都等于0，即油腔内的油腔压力和封油边的压力都等于0；求解整个油腔和封油边；由于平均雷诺方程是线性偏微分方程，将求解结果进行线性叠加耦合。

3.根据权利要求1所述的一种考虑表面形貌的静压油垫流场特性数值仿真方法，其特征在于：所选取的优化参数为粗糙度参数、动压参数、油膜厚度、油垫直径。

4.根据权利要求1所述的一种考虑表面形貌的静压油垫流场特性数值仿真方法，其特征在于：所述的流场特性分析基于Matlab写入的命令流。