[发明专利]一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法

权利要求书

1.一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立圆柱轴承油膜几何模型并划分网格，采用full-Sommerfeld边界条件进行圆柱动压滑动轴承CFD计算，得到圆柱动压滑动轴承的油膜压力分布；

步骤S1中计算圆柱动压滑动轴承的油膜压力分布，其具体过程包括：

S11、建立油膜三维几何模型：定义圆柱动压滑动轴承，包括轴承和轴颈，其中，轴承半径为R，长度为L，轴承中心O位于坐标系原点；轴颈以角速度ω沿顺时针方向转动，轴颈半径为r，轴颈中心O_j位于x轴负方向，偏心距为e；在所述坐标系下，最大油膜厚h_max位于x轴正方向，最小油膜厚h_min位于x轴负方向，偏心率ε为e/c，c是轴承和轴颈之间的半径间隙，满足R＝r+c；

S12、油膜三维几何模型划分网格：对步骤S11建立的油膜三维几何模型划分网格，即进行六面体网格空间划分，所述六面体网格空间划分方向为油膜厚度方向、轴向和圆周方向；

S13、定义压力边界条件：将所述圆柱动压滑动轴承两侧的泄漏间隙定义为压力边界条件，指定边界网格节点压力为0Pa：设定轴颈表面为移动壁面，定义壁面网格节点速度为ωr；

S14、计算圆柱动压滑动轴承的油膜压力分布：采用数值方法求解稳态质量连续方程和维纳斯托克斯方程组，获取full-Sommerfeld边界条件下的圆柱动压滑动轴承的油膜压力分布；

S2、将步骤S1中获取的油膜压力分布作为迭代初场，进行动网格瞬态计算；

步骤S2中动网格瞬态计算的具体过程为：

S21、对所述网格进行预处理：定义轴向网格数量为m-1份，并将网格沿圆周方向分解为m-1个独立的子网格，各子网格之间通过交界面插值传递计算数据；

S22、定义网格的移动边界，实现动网格运动条件：将油膜厚度方向上的最大油膜厚h_max拆分为上边界和下边界，其中上边界指定边界网格节点压力为0Pa，同时指定动网格边界节点的运动位移方程，使此边界沿逆时针方向做旋转运动，下边界仅指定边界网格节点压力为0Pa；

S23、设定动网格的网格退化速度和时间步长：计算动网格边界移动到下一个网格节点圆周角度时的网格节点横纵坐标，设定动网格的网格退化速度Ω和时间步长Δt，实现动网格瞬态计算，在每个时间步上，采用数值方法求解瞬态质量连续方程和纳维斯托克斯方程组，计算整个网格的油膜压力分布；在动网格瞬态计算过程中，动网格边界将沿着负压区膜厚减小的方向移动，逐渐退化轴承和轴颈之间围成的网格；在此过程中，共m-1个动网格边界沿逆时针方向旋转移动；

S24、网格合并：在动网格瞬态计算过程中，随着动网格边界的移动，邻近的网格长宽比会逐渐变小，设定当前网格的长宽比小于阈值时，将当前网格与下一邻近的网格合并；

所述步骤S21中各子网格之间通过交界面插值传递计算数据，具体包括：交界面分为重合交界面和非重合交界面，重合交界面通过插值算法传递计算数据，非重合交界面指定为压力边界条件，设定边界网格节点压力为0Pa，保证油膜压力的充分发展；

S3、在动网格瞬态计算过程中，提取每一个收敛步的动网格边界相邻的网格中心点的压力，通过所述压力的符号来判断是否达到局部雷诺边界条件；如果某个动网格边界相邻的网格中心点的压力从负值变为正值后，则此动网格边界停止移动；

S4、当所有动网格边界停止移动后，即捕捉到了曲线型的油膜破裂边界，实现了雷诺边界条件。

2.根据权利要求1所述的一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，其特征在于：所述步骤S12油膜三维几何模型进行网格划分中，油膜厚度方向、轴向和圆周方向网格划分的数量分别大于或等于8、150和720。

3.根据权利要求1所述的一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，其特征在于：所述步骤S22中指定动网格边界节点的运动位移方程，在确定节点的运动位移方程时需计算动网格边界移动到θ_n时的油膜厚度，其计算公式为：

其中，θ_n为节点n的圆周角度，h(θ_n)为圆周角度为θ_n时的油膜厚度，c为轴承和轴颈之间的半径间隙，r为轴颈半径，x_n和y_n分别为节点n的横纵坐标。