船用滑动式中间轴承润滑及冷却性能耦合分析研究

摘要

滑动式中间轴承是船舶推进轴系的重要支撑部件，其工作性能的好坏将直接影响到船舶整体的动力性、经济性及使用寿命等。因此，开展滑动式中间轴承润滑及冷却耦合性能研究对保障中间轴承的稳定工作、可靠运行，提高船舶推进系统的推进效率与使用寿命，增强船舶生命力都具有十分重要的意义。
　　本文以某型船用滑动式中间轴承为研究对象，基于流体润滑基础理论，建立滑动式中间轴承流体动压润滑数值仿真模型。通过仿真计算获得不同运行工况下油膜厚度分布、油膜压力分布、最小油膜厚度、摩擦力、摩擦系数以及摩擦功耗等润滑性能参数。考虑了转速、间隙以及滑油温度对其润滑性能的影响。在此基础上，通过引入能量方程，建立了滑动式中间轴承热流体动压润滑数值仿真模型。对比分析了考虑能量方程后，中间轴承润滑特性的影响。
　　基于计算流体力学基础理论，建立中间轴承冷却盘管的流动传热数值仿真模型。采用FLUENT软件的二次开发功能，将中间轴承流体润滑模型程序计算得到的摩擦热作为动态边界条件加载在中间轴承冷却盘管的流动传热模型中，实现了流体润滑模型与流体流动传热模型的耦合。针对此耦合模型，考核不同转速及海水流量对中间轴承冷却盘管冷却性能的影响，并与实验结果进行对比，验证了该耦合模型的准确性。
　　研究结果表明，滑动式中间轴承润滑性能主要受转速、轴承间隙以及润滑油温度等因素的影响。考虑油膜能量方程时，轴承油膜温度会高于不考虑能量方程时的温度，润滑性能有所降低。中间轴承冷却盘管冷却能力随着冷却海水入口流量的增大而增加；换热器换热能力随着冷却海水入口温度的增加而降低；轴承座内润滑油温度随着轴颈转速增加而近似线性增加。本文研究工作为后续滑动式中间轴承结构改进及性能优化提供了重要的参考依据。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

2 中间轴承润滑与换热理论基础

2.1流体润滑理论基础

2.2 计算流体力学理论基础

2.3本章小结

3 滑动式中间轴承润滑性能研究

3.1滑动式中间轴承流体动压润滑数值建模

3.2滑动式中间轴承流体动压润滑性能分析

3.3滑动式中间轴承热流体动压润滑数值建模

3.4滑动式中间轴承热流体动压润滑性能分析

3.5本章小结

4 中间轴承冷却性能研究

4.1中间轴承冷却性能数值建模

4.2中间轴承冷却数值模拟典型工况的求解

4.3本章小结

5 总结及展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献