[发明专利]一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法

说明书

本发明公开了一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，所述方法包括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；将获取的油膜压力分布作为迭代初场，进行动网格瞬态计算；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；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。本发明通过动网格的方式实现了轴承CFD分析的雷诺边界条件。

技术领域

本发明涉及流体动力学技术领域，尤其涉及一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法。

背景技术

动压滑动轴承广泛应用于高速透平机械的转子支撑，具有运行稳定、承载力大、噪声小等优点。圆柱轴承是动压滑动轴承的基础形式之一，是一种单油楔轴承，具有结构简单、成本低、技术成熟等特点，常用于小型透平机械的转子支撑。为了有效地设计滑动轴承，需要采用合理的理论模型和边界条件来准确预估轴承的性能。传统的轴承设计通常采用数值求解雷诺方程的方法来进行分析。雷诺方程是从连续方程和动量方程简化而来，它是一种简化理论模型，忽略了流体惯性等内容，但由于雷诺方程能够较好得纳入雷诺边界条件，被广泛接受和采用。

雷诺边界条件是描述轴承气蚀的一种边界条件，它要求油膜压力的空间导数光滑自然至零，以此来捕捉油膜破裂的起点。相比于传统的full-Sommerfeld边界条件和half-Sommerfeld边界条件，雷诺边界条件的实现较为困难，但得到的结果更符合实验结果。在数值求解雷诺方程中，通常采用克氏算法来纳入雷诺边界条件，这种算法通过在迭代中加入条件判断语句，使迭代过程中出现的负压及时置零来逐渐逼近雷诺边界条件。因为在数值求解过程中加入条件判断语句非常容易，因此雷诺边界条件被广泛接受和采用。

随着CFD技术的发展，轴承的分析逐渐从求解雷诺方程转换到纳维斯托克斯方程组上，使得简化和忽略的内容能够重新考虑，同时由于CFD的通用性，更加复杂的现象能够考虑，比如轴承的热影响、流固耦合作用、两相流影响等等。但是采用CFD方法来计算轴承时，雷诺边界条件变得难以实现，无法像求解雷诺方程那样，通过克氏算法来纳入雷诺边界条件。这是因为CFD方法是求解连续方程和纳维斯托克斯方程方程组，因此始终要求油膜的质量连续条件得到满足，而雷诺方程忽略了油膜密度的变化，在油膜破裂起点后的区域不要求质量连续条件。这种差异导致CFD方法难以实现雷诺边界条件。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，通过动网格的方式实现了轴承CFD分析的雷诺边界条件，有助于圆柱动压滑动轴承的CFD性能计算。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于动网格的雷诺边界条件计算方法，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；

S2、将步骤Sl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；

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。

优选地，所述步骤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：