流体润滑机件微槽表面的流动及传热数值模拟研究

摘要

随着科技的发展，人们对于机械部件的精度要求越来越高。润滑油的加入可以有效地提高机械元件的精度或者减小误差，对于机械元件的正常高效运行起着至关重要的作用。与此同时，对机械元件表面润滑油运行工况的研究也被日益重视起来。
　　格子Boltzmann方法是最近几十年新兴起来的一种基于微观分子动理论的介观数值模拟方法，因其独特的理论基础和优势，格子Boltzmann方法自诞生之日起就受到了国内外学者的广泛关注，近年来，随着理论基础的不断完善，格子Boltzmann方法应用的领域也越来越广泛，如微/纳米尺度流、多相介质流、多孔介质流、非牛顿流体、粒子悬浮流、化学反应流、湍流、磁流体、燃烧问题以及晶体生长等等。与传统的数值模拟方法如有限差分法或者有限元法等相比，格子Boltzmann方法具有算法简单，对于计算机的要求低，易于编程，边界处理简单，适宜于求解复杂边界条件，具有良好的并行等诸多优点。
　　本文将格子Boltzmann方法应用到模拟机械元件表面微槽内润滑油流体的流动工况中。根据实际物理情况选择合适的格子模型：二维单松弛格子Boltzmann模型和双分布函数模型。对两种模型的网格划分，速度离散，外力项的添加，平衡态分布函数等做了详细介绍。并分别将两种模型的模拟结果与同等条件下用Fluent软件模拟的结果和前人对同类问题（自然对流）的模拟结果进行了对比，已验证两种模型的正确性和可行性。为了便于研究，将机械元件表面的凹槽或划痕形状假定为理想的规则几何形状（梯形、矩形和三角形），比较了三种形状槽道对主流区的影响。并根据现实情况中可能遇到的的冷流体流过热壁面的问题，模拟了存在温度差异的槽道流动。以及将润滑油的摩擦生热考虑进去，把摩擦产生的热量看作是流体内部有一个固定内热源问题，模拟摩擦所产生的热量对主流区的影响。为后续的研究模拟提供了一定的理论依据。

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1前言

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3本文的主要研究内容

2格子Boltzmann方法原理与模型

2.1格子Boltzmann方法的基本原理

2.2二维单松弛格子Boltzmann模型

2.3二维热格子Boltzmann模型

2.4边界处理及曲边受力计算

2.5格子单位与实际物理单位的转化

2.6本章小结

3等温润滑油流体的数值模拟

3.1润滑油

3.2对等温润滑油流体槽道流动的数值模拟

3.3本章小结

4热润滑油流体的数值模拟

4.1无黏性热耗散和压缩功的双分布函数模型

4.2存在温差的槽道流动的数值模拟

4.3存在摩擦生热的槽道流动的数值模拟

4.4本章小结

5总结与展望

5.1本文主要研究工作及创新点

5.2本文不足与研究展望

参考文献

主要符号说明

致谢

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