МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ НЕСМАЗЫВАЕМОГО ПОДШИПНИКА Текст научной статьи по специальности «Физика»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.51, 621.89

Захаров В.А.

магистрант Омского Государственного Технического Университета

(Россия)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

НЕСМАЗЫВАЕМОГО ПОДШИПНИКА

Аннотация: в данной статье рассматривается течение жидкости в кольцевом канале несмазываемого подшипника скольжения, содержащего водяную рубашку.

Ключевые слова: подшипник, Лп^, 1СЕМ СЕВ, теплопередача.

В современном компрессоростроении наблюдается тенденция создания несмазываемых подшипников трения с применением самосмазываемых материалов [1, 2]. Работоспособность таких узлов зависит от различных факторов, важнейшим из которых является температурное состояние подшипника [3,4]. Разработка подобных конструкций требует изучения вопросов теплопередачи в них, так как система охлаждения подшипника определяет температуру на поверхности трения и степень неравномерности теплового поля подшипника.

Поэтому актуальной задачей является организация системы охлаждения, при которой будет достигаться оптимальный диапазон температур в зоне трения и минимальная степень неравномерности температурного поля на поверхности подшипника. Работа посвящена разработке методики численного исследования процессов течения охлаждающей среды в «водяной рубашке» с целью оценки эффективности омывания поверхности теплообмена и гидродинамических характеристик.

Объектом исследования является система охлаждения самосмазывающегося подшипника скольжения, содержащего водяную рубашку. Водяная рубашка в общем случае представляет собой кольцевой коаксиальный канал с подводящими и отводящими охлаждающую среду каналами. Расчетная модель состоит из: геометрической модели, сеточной модели, модели жидкости; модели турбулентности; граничных условий.

Построение сетки реализовано в приложении ANSYS 1СЕМ CFD. Построение выполнено блочным методом с использованием структурированной гексаэдрической сетки. После построения блочной структуры выполнено конвертирование в неструктурированную гексаэдрическую сетку. В ходе серии расчетов определены рекомендуемые значения у+: для внутренней и внешней поверхностей кольцевого канала: у+<3. Коэффициент роста ячеек сетки приняли равным 1,2; закон роста ячеек - линейный. Конечно-элементная сетка в осевом и азимутальном направлениях -равномерная, количество элементов в этих направлениях принимается равным: 2 ячейки на 1 мм модели. Исключение составляют блоки кольцевого канала смежные блокам патрубков, в данной области сетка выполнена неравномерной, коэффициент роста приняли 1,2.

Сетка патрубка характеризуется следующими параметрами: в радиальном направлении значение у+<3, коэффициент роста - 1,2; в осевом направлении - 2 ячейки на 1 мм, в области патрубка смежной области кольцевого канала необходимо обеспечить сгущение сетки по линейному закону роста с коэффициентом роста равным 1,2. Размер последней ячейки патрубка принять равным размеру смежной ячейки области кольцевого канала (рисунок 1).

а б

Рис. 1. Сеточная модель потока: а - радиальное и азимутальное направления; б - вход потока из патрубка в кольцевой канал

В ходе выполнения данной работы была разработана методика численного исследования течения охлаждающей среды в водяной рубашке самосмазывающегося подшипника скольжения на базе пакета ANSYS CFX. Подтверждение адекватности методики было проведено путем сравнения карт течений и гидравлических характеристик, полученных в ходе испытаний на экспериментальном стенде, и расчетов. Расхождения результатов, полученных при помощи расчетной методики и эксперимента не превышают 10%, что можно считать удовлетворительным для численного анализа течений охлаждающей жидкости в самосмазывающемся подшипнике, содержащем водяную рубашку.

Список литературы

1. P. Pereira, P. Schmitt, K. Riahi and M. Müller-Brodmann.: "Application of self-lubricating bearings in Kaplan runner hubs" (2009). Hydropower & Dams, Issue Six.

2. Elsayed, A.A., Elsherbiny, M.G., Aboelezz, A.S., Aggag, G.A.: Friction and wear properties of polymeric composite-materials for bearing applications. Wear 184, 45-53 (1995).

3. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / А. В. Чичинадзе, А. Л. Левин, М.М. Бородулин, Е. В. Зиновьев; Под общ. ред. А.В. Чичинадзе - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 328 с.

4. B. Zhang, R. Qu, X. Fan and J. Wang.: "Thermal and mechanical optimization of water jacket of permanent magnet synchronous machines for EV

application" (2015). IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), Coeur d'Alene, ID, 2015, pp. 1329-1335.