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油滴撞击油膜层内气泡的变形与破裂过程的数值模拟

周剑宏 童宝宏 王伟 苏家磊

油滴撞击油膜层内气泡的变形与破裂过程的数值模拟

周剑宏, 童宝宏, 王伟, 苏家磊
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  • 旋转工作的机械零部件和机械设备的润滑系统工作过程中普遍存在着油滴和油膜的碰撞行为,这一行为易引起气泡夹带现象.气泡将对油滴撞击油膜时的运动过程和附壁油膜层的形成质量造成不可忽视的影响.基于耦合的水平集-体积分数方法,对油滴撞击含气泡油膜的行为进行数值模拟研究,考察油膜层内气泡的变形运动过程,分析气泡大小和位置等因素对撞击过程中气泡变形特征参数的影响规律,并探讨气泡破裂的动力学机制.研究表明,随着气泡直径的增大,油滴撞击含气泡油膜后气泡会依次出现自由表面破裂、稳定变形以及油膜内部破裂等现象;直径d=20 m的气泡能较稳定地存在于油膜层内,同时该值也是气泡发生自由表面破裂和油膜内部破裂的临界值.此外,气泡所在位置同样对气泡变形历程有一定影响,气泡越接近油膜表面,其变形量越大;位于油膜底层的气泡会附着在壁面上.在自由表面破裂和油膜内部破裂过程中,气泡破裂是由气-液界面不稳定引起的,表面张力对这两种现象起重要作用;而黏性剪切力对油膜内部破裂现象也有着不可忽视的影响.
      通信作者: 童宝宏, bhtong@ahut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51475135)、清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金(批准号:SKLTKF17B01)和安徽工业大学研究生创新基金(批准号:2015040)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-18
  • 修回日期:  2018-02-23
  • 刊出日期:  2018-06-05

油滴撞击油膜层内气泡的变形与破裂过程的数值模拟

  • 1. 安徽工业大学机械工程学院, 马鞍山 243032;
  • 2. 合肥工业大学摩擦学研究所, 合肥 230009
  • 通信作者: 童宝宏, bhtong@ahut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51475135)、清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金(批准号:SKLTKF17B01)和安徽工业大学研究生创新基金(批准号:2015040)资助的课题.

摘要: 旋转工作的机械零部件和机械设备的润滑系统工作过程中普遍存在着油滴和油膜的碰撞行为,这一行为易引起气泡夹带现象.气泡将对油滴撞击油膜时的运动过程和附壁油膜层的形成质量造成不可忽视的影响.基于耦合的水平集-体积分数方法,对油滴撞击含气泡油膜的行为进行数值模拟研究,考察油膜层内气泡的变形运动过程,分析气泡大小和位置等因素对撞击过程中气泡变形特征参数的影响规律,并探讨气泡破裂的动力学机制.研究表明,随着气泡直径的增大,油滴撞击含气泡油膜后气泡会依次出现自由表面破裂、稳定变形以及油膜内部破裂等现象;直径d=20 m的气泡能较稳定地存在于油膜层内,同时该值也是气泡发生自由表面破裂和油膜内部破裂的临界值.此外,气泡所在位置同样对气泡变形历程有一定影响,气泡越接近油膜表面,其变形量越大;位于油膜底层的气泡会附着在壁面上.在自由表面破裂和油膜内部破裂过程中,气泡破裂是由气-液界面不稳定引起的,表面张力对这两种现象起重要作用;而黏性剪切力对油膜内部破裂现象也有着不可忽视的影响.

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