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基于CFD的压电喷油润滑装置的仿真研究

作　者: 刘岗
导　师: 陈维山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 空间润滑按需喷墨打印压电振子计算流体力学液-气两相流
分类号: V233.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

进入21世纪以来,各国对太空资源的需求、开发和利用的竞争达到了空前的地步,大量的航天器也被发射进入太空。我国政府已将载人航天计划列入当前国家重大专项科研领域之一。随着神舟八号载人飞船即将发射以及探月工程陆续开展,我国航天器的数量将极具增加,这也对其长期在轨工作提出了严峻的挑战。受真空等空间极端润滑条件的限制,空间运动部件的失效形式主要体现在系统的润滑失效方面,多年来各国科学家从未间断过对新型润滑方式和技术的研究工作。本课题在研究总结前人工作的基础上,提出将压电按需喷墨打印技术应用到空间机构的润滑油主动补充系统中,并提出一种结构新颖的压电喷油润滑装置。本文的目的旨在采用计算流体力学的手段,来模拟航空润滑油喷射过程中所涉及到的液-气两相流流动的问题,分析并总结模型中各参数对于润滑油喷射过程的影响规律,为装置的实际应用打下基础。随着电子计算机、计算流体力学和有限元分析软件的发展,数值模拟已经成为分析计算内部流动及其性能研究的主要方法之一。本文应用有限元分析软件ANSYS,建立了压电喷油润滑装置的驱动器—压电振子的有限元模型,进行压电耦合场的瞬态分析,对不同的激励脉冲条件下,压电振子的动力学特性进行研究。应用计算流体力学软件CFD-ACE2009,对压电喷油润滑装置腔内润滑油喷射进入到大气中的液-气两相流的流场的喷射过程进行仿真模拟,通过分析脉冲电压的形状、幅值、压电喷油润滑装置喷嘴出口直径以及润滑油的性质参数,主要是粘性系数和表面张力系数,总结其变化对油滴喷出状态的影响规律。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-15
  1.1 引言  7
  1.2 国内外研究现状  7-9
  1.3 喷墨打印技术  9-12
    1.3.1 喷墨打印技术的应用  9-11
    1.3.2 压电式喷墨打印技术简介  11-12
    1.3.3 压电式喷墨技术的优势  12
  1.4 压电喷墨技术应用于太空的可行性分析  12-13
  1.5 本文的主要研究工作  13-15
第2章压电振子振动分析  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 压电喷油润滑装置构型的设计  15-16
  2.3 压电振子动力学分析  16-21
    2.3.1 压电振子的有限元模型  17-18
    2.3.2 压电振子瞬态分析  18-19
    2.3.3 激励脉冲的影响分析  19-21
  2.4 本章小结  21-23
第3章压电润滑装置的喷油过程分析  23-37
  3.1 引言  23-24
  3.2 CFD-ACE 在压电喷油中的应用  24-26
  3.3 喷油过程的理论分析与仿真模型  26-34
    3.3.1 流体控制方程及其离散方法  26-29
    3.3.2 液-气两相流模型  29-30
    3.3.3 喷油过程的仿真模型  30-32
    3.3.4 动网格技术  32-34
  3.4 喷油过程分析  34-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章喷油过程的影响因素分析  37-50
  4.1 引言  37
  4.2 梯形激励脉冲的影响分析  37-43
    4.2.1 脉冲保持时间的影响分析  37-40
    4.2.2 脉冲下降时间的影响分析  40-41
    4.2.3 脉冲电压幅值的影响分析  41-43
  4.3 润滑油粘度的影响分析  43-45
  4.4 润滑油表面张力的影响分析  45-47
  4.5 喷嘴出口直径的影响分析  47-48
  4.6 本章小结  48-50
结论  50-52
参考文献  52-55
攻读硕士学位期间发表的学术论文  55-57
致谢  57

基于CFD的压电喷油润滑装置的仿真研究

内容摘要

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