Rozwiązania numeryczne rozkładów ciśnień dla turbulentnego przepływu ferrosmaru w szczelinie poprzecznego łożyska ślizgowego

• Autorzy: Miszczak A.

Warianty tytułu

EN

Numerical solution of pressure distribution for turbulent flow of ferrofluid in journal bearing gap

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zjawisko przepływów turbulentnych w szczelinie poprzecznych łożysk ślizgowych zachodzi wówczas, gdy liczba Taylora Ty = Re ź (pierwiastek kwadratowy z psi) > lub = 41,2 lub też zmodyfikowana liczba Reynoldsa Re* = Re ź psi > lub = 2. Ma to miejsce w szybkoobrotowych łożyskach ślizgowych, np. łożyskach napędów dysków HDD, w łożyskach w elektrowniach atomowych czy pojazdach kosmicznych, gdzie dodatkowo może występować pole magnetyczne a czynnikiem smarującym może być ferrosmar. Czynnik smarujący o własnościach magnetycznych, tzw. ferrosmar, jest to układ koloidalny cząstek magnetycznych najczęściej Fe304 lub Gd2O2 z substancją rozpraszającą taką jak: olej mineralny lub syntetyczny, węglowodory, fluoropochodne węglowodorów, woda itp. Wyniki numeryczne przedstawione w niniejszej pracy wykazują, że istotne są również rozkłady ciśnienia dla łożysk o skończonej długości przy założeniu turbulentnego przepływu dla izotermicznej ferrocieczy w polu magnetycznym o wartości indukcji magnetycznej bliskiej punktowi nasycenia magnetycznego ferrocieczy. W przypadku uwzględniania nieizotermicznego turbulentnego przepływu autor przewiduje dalsze istotne zmiany wartości ciśnienia. Analiza nieustalonego przepływu ferrosmaru [L. l, 3] dla niezależnej od czasu gęstości rho jest przeprowadzana z użyciem równania ciągłości i równań zachowania pędu. Prędkość cieczy w stanie turbulentnym charakteryzuje się pulsacją wokół średnich wartości. Pulsacja ta jest wywołana przez wymianę energii kinetycznej pomiędzy małymi masami płynu. Celem niniejszej pracy i wkładem autora do rozpatrywanego problemu jest: - numeryczno-analityczne modelowanie pola magnetycznego w szczelinie cylindrycznego łożyska ślizgowego pod kątem przeprowadzenia obliczeń wartości ciśnienia hydrodynamicznego, - numeryczne wyznaczenie rozkładów ciśnień dla różnych przypadków łożyska ślizgowego o skończonej długości dla przepływów turbulentnych ferrosmaru w polu magnetycznym, - przeprowadzenie analizy porównawczej uzyskanych wyników dla różnych wariantów rozwiązań (Tipei, Wierzcholski) [L. 4, 5].

EN

The phenomenon of turbulent flows within the gap of journal slide bearings has a place when Taylor number Ty = Re ź (square root of psi) > or = 41.2 or modified Reynolds number Re* = Re ź psi > or = 2. It occurs in high-speed slide bearings e.g. HDD (hard disk drive), nuclear power plants or spacecrafts, where additionally magnetic field may act and ferrofluids are lubricant agent. An lubricant agent having magnetic properties, so called ferrolubricant, is the colloidal system of magnetic particles, most often Fe304 or Gd202, with dispersing substance e.g mineral or synthetic oil, hydrocarbons, fluorocarbons, water etc. The author presents the results of numerical calculations of pressure distributions for journals of finite length at assumption of isothermal flow of ferrofluid in the magnetic field of the value of magnetic induction approaching the point of magnetic saturation of the ferrofluid. The pressure distributions are comparable to each other both in the case of presence of magnetic field and lack of it, for various values of relative eccentricity and dimensionless length of the journal. The analysis of transient flow of ferrolubricant [L. 1, 3] for time independent density rho is realised by means of the continuity equation and the equations of conservation of momentum. The velocity of fluid in the turbulent state characterises by oscillation of its value in the vicinity of the mean value. That oscillation is caused by interchange of kinetic energy between small volumes of the fluid. The aim of this work and the author's own contribution to the considered problem is: - Numerically-analytical modelling of magnetic field within the gap of the cylindrical slide bearing in the aspect of calculating the value of hydrodynamic pressure, - Numerical determining of pressure distribution for different cases of slide bearings of finite length and turbulent flows of ferrolubricant, - Carrying out the comparable analysis of results obtained for different solutions (Tipei, Wierzcholski) [L. 4, 5].

Słowa kluczowe

PL

przepływ turbulentny; ferrosmar; rozkład ciśnienia; pole magnetyczne; obliczenia numeryczne

EN

turbulent flows; ferrofluid; pressure distribution; magnetic field; numerical solutions

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2002
• Tom: nr 2
• Strony: 461--474
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Miszczak A.

• Akademia Morska w Gdyni, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Techniki, 81-225 Gdynia ul. Morska 83

Bibliografia

• 1. Bohme G.: Strömungsmechanik nichtnewtonscher Fluide, Teubner Studienbucher, Technik, Stuttgart 1981.
• 2. Miszczak A.: Badanie teoretyczne wpływu nieniewtonowskich olejów na parametry eksploatacyjne stacjonarnie obciążonych poprzecznych łożysk ślizgowych. Praca Doktorska, Akademia Górniczo Hutnicza, Kraków 1998.
• 3. Munekazu Ohmi, Susumu Kyomen, Tateo Usui: Numerical Analysis of Transient Turbulent Flow in a Liquid Line, Biulletin of JSME, vol. 28, Nr 239, May 1985, pp.799-806.
• 4. Tipei N.: Theory of lubrication, Califomia, W.A.Gross Stanford, University Press, 1962, pp. 534-563.
• 5. Wierzcholski K.: Mathematical methods in hydrodynamic theory of lubrication (in English.).Tech.Univ. Press Szczecin, Monograph, Nr 511, ISSN 0209-1151,1993.