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理想气体在盘状渐扩间隙内的超音速对称流动

彭宝林

  气体静压轴承与滚动轴承及液体油膜轴承相比,具有精度极高、运行速度极快,摩擦功耗极小和寿命极长等优点。在精密加工、超精密加工、微细工程、空间技术、生物技术、精密仪器、医疗器械及原子能工程等领域中,有着十分广阔的应用。但是气体静压轴承的临界压力过小决定其承载力较小,这限制了气体静压轴承的使用范围。本文分析了平行圆盘止推轴承在高供气压力,理想气体以及大气膜间隙条件下的承载力特性。同时为了提高平行圆盘止推轴承的承载力,对其流道结构设计做了有益探讨。 首先,在高供气压力,大气膜间隙的情况下,气膜间隙内出现超音速流动。与粘性力相比气体的惯性力占主要作用,气体的性质接近理想气体。传统的气体润滑理论由于不考虑惯性力,不能解释供气孔附近压力骤降-回升的现象。本文以绝热理想气体为模型,从基本物理定律出发推导出单供气孔平行圆盘止推轴承间隙内的一维对称扩散流动基本方程组,分析了环境背压为大气压时,气膜间隙内的流动状态与供气压力的决定关系,并推导出以供气压力和气膜入口处马赫数为主要变量的不同流态下气膜承载力的计算公式。 其次,本文通过分析平行圆盘气体止推轴承的承载力的计算公式,得到以下结论,即要想通过增大供气压力来提高平行圆盘止推轴承的承载力,必须对流道的结构做出一定的修改。本文给出了等截面流道的方案,并分析了优缺点,最终选择轴承流道收敛的方案。 最后,笔者推导出变间隙内气体流动的控制方程组,并尝试用特征线法计算轴承流道发散这种结构的气膜流场。用平行圆盘气体止推轴承中已知的一维对称扩散流动的解析解来验证特征线法计算气膜内马赫波不相交这种流场的可行性和精度。为计算轴承流道收敛的气膜内复杂曲线激波的流场打下了基础。……   
[关键词]:圆盘气体止推轴承;二维无旋超音速扩散对称流动;渐扩间隙;承载力;特征线方程与相容性方程
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉科技大学2011年