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大型可倾瓦滑动轴承中空穴与湍流效应的实验与理论研究

可倾瓦径向滑动轴承具有较高的稳定性，在大型燃气轮机和压缩机等高速旋转机械中应用广泛。湍流和空穴效应是大型可倾瓦滑动轴承的两种重要现象。本文建立了一个考虑湍流效应和空化效应的综合热弹流力学模型。该模型基于多物理场仿真软件COMSOL和MATLAB的联合仿真。在模型中，采用COMSOL中偏微分方程（PDE）物理场模块求解考虑湍流、三维能量守恒方程和热传导方程的修正Reynolds方程，采用热应力物理场模块计算瓦块变形。利用MATLAB来控制多物理之间的耦合和计算过程。综合比较了Reynolds-Rayleigh-Plesset（RRP）和Elrod-Adams（EA）两种空穴模型后，本文采用EA模型来考虑空化效应。为了验证所建立的模型，通过提取实际工况条件的特征，创新地设计了一系列两相流或混合气泡实验。实验在高速可倾瓦滑动轴承试验台上进行。测量了在不同气体体积分数下油膜压力和瓦块表面温度。实验结果与仿真结果吻合较好，所建立的模型能较好地预测轴承在贫油状态下的性能。在此基础上，研究了载荷、转速和两相流中气体体积分数对可倾瓦滑动轴承油膜压力、油膜厚度、瓦面温度和电机功率的影响。相关结果有助于解释和理解空穴和贫油效应，并为优化可倾瓦轴承性能提供依据。