[发明专利]一种轴对称射流稳压腔参数设计的数值模拟方法

说明书

本发明涉及一种轴对称射流稳压腔参数设计的数值模拟方法，该方法通过建立轴承、稳压腔的一体化几何模型和二维流域，对二维流域进行网格划分，建立相应的计算流体力学模型，进行定常数值模拟。先根据稳压腔轴线速度分布对内径参数D的敏感性，确定长度L的取值范围，再根据出口截面上速度分布的均匀性指标确定长度L，最后根据横截面速度分布平滑与否确定内径D。本发明方法提高了数值模拟在轴对称射流稳压腔参数设计过程中的实际应用性。

技术领域

本发明涉及高压气体润滑技术领域，具体涉及一种轴对称射流稳压腔参数设计的数值模拟方法，该稳压腔与高压圆盘气体轴承相配合使用。

背景技术

专利号为201610049454.7的发明专利“一种采用双对称收缩段供气的高压圆盘止推气体轴承及设计方法”，通过对轴承结构的流线型设计，实现了轴承间隙的超音速出流，消除供气压力的限制。但是供气管道输送给轴承的高压空气，速度均匀性与轴承供气孔入口截面(即稳压腔的气流出口截面)所要求的速度均匀性差异较大，因此需要一个气流稳定装置来提高气流的均匀性，这种装置称为稳压腔。

申请号为201710690902.6的发明专利申请“一种向高压圆盘气体轴承供气的一体式轴对称射流稳压腔”，受限轴对称射流及后续供气孔、收缩段流道，能较好地把供气管道输送来的速度不够均匀的高压气体，转变为收缩段出口截面上速度均匀的气流，较好地满足平行圆盘缝隙对入口气流的均匀性要求。这种将稳压腔与轴承供气孔及收缩段设计为一个单体零件的方案，极大地方便了系统的加工、安装与调试。

但目前对高压气体润滑系统中轴对称射流稳压腔的研究极其少见，缺乏针对轴对称射流稳压腔的系统完善的参数设计方法。

发明内容

本发明的目的在于研究一种缩减实验次数、降低实验成本的轴对称射流稳压腔参数设计的数值模拟方法。

本发明轴对称射流稳压腔参数设计的数值模拟方法，包括如下步骤：

步骤一，建立物理模型；

轴对称射流稳压腔需要确定四个具体参数：稳压腔内径D、稳压腔长度L、稳压腔入口直径D₁和稳压腔出口直径d；轴对称射流稳压腔是与采用双对称收缩段的高压圆盘气体轴承配套使用，稳压腔入口直径D₁在供气管道直径Dt与稳压腔出口直径d确定的范围内选择；

根据自由圆射流的特性，射流在核心区的速度维持恒定；取轴对称射流稳压腔长度L的初始值L₀约等于自由射流的核心区长度；

其中D₁为稳压腔入口直径，a为湍流系数，对于圆柱形喷管a＝0.076-0.08，湍流强度和分布不均匀度小者取小值，大者取大值；

取轴对称射流稳压腔内径D的初始值大于稳压腔入口直径D₁；

步骤二，建立二维流域；

将高压圆盘气体轴承与内环向射流稳压腔装配在一起，形成一体化几何模型，该模型关于圆盘轴线轴对称以及轴承间隙中心截面平面对称，二维流域缩简为一体化几何模型的四分之一；二维流域包含气体进入内环向射流稳压腔后的整个流道，分为稳压腔腔体、过渡段、收缩段、轴承间隙和径向射流段五部分；径向射流段的长度等于圆盘的厚度与半气膜间隙之和，宽度大于100倍的气膜间隙高度。

步骤三，二维流域网格划分；

对步骤二建立的二维流域进行网格划分，除了收缩段处的网格为三角形非结构网格，稳压腔腔体、过渡段、轴承间隙和径向射流段均为四边形结构网格。

步骤四：建立计算流体力学模型；