稀薄条件下平板间润滑气膜内速度滑移现象分析

摘要

空气静压导轨润滑气膜工作在微米级时,内部气流受稀薄效应影响,沿流动方向压力和流速的变化规律与宏观计算所得差异较大。在气膜高度方向上,由于特征尺度减小,气体分子间作用效果加剧,传统忽略垂直方向压力梯度变化的假设不再成立,气膜内部不仅呈现较明显的分层趋势,并且速度滑移现象越发显著。通过LAMMPS(大规模原子分子并行模拟器)、LBM(离散格子玻尔兹曼方法)和Fluent等方法模拟气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论:润滑气膜内沿气体流动方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层,速度滑移主要发生在压力驱动区的近壁层和稀薄层。气膜分层及速度滑移现象存在于压力驱动区和牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层及速度滑移随气体流速的增加而增强,牛顿摩擦区的气膜分层逐渐弱化,速度滑移现象逐渐退化为近壁面边界层。