油气润滑中环状流流动研究范文

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《机械杂志》2014年第六期

1压力和液膜分布的仿真分析

1.1仿真模型的建立图1给出了直管仿真，根据上节中所建立的理论模型，在Fluent软件中建立管径D＝6mm，管长L＝300mm的水平管模型。针对计算油气润滑环境中的水平管路，在Fluent中进行的主要参数设置如表3所示。

1.2仿真计算与结果分析（1）压力分布分析根据D.Schubring和T.A.sheed对水平管内气液环状流稳定性的界定，设置时间迭代步长0.00001，迭代次数为500，由Fluent仿真后得到压力云图。图2为气相速度为30m/s时的部分管段的压力分布图，从图2可以看出，管内流体在沿管路方向的压力变化明显，同理可得到气速为40m/s、50m/s时的压力云图。这里为研究压力分布的波动性将模型管轴向方向平均分为15个小段，每段长2cm，由Fluent得到的压力云图并输出每段压力变化值，与表2环状流压降计算理论值的关系如图3所示。由图3可见，不同气速下的理论值与Fluent输出值基本吻合。理论值反映了压降分布的整体趋势，而仿真值反映了压力在管路方向上分布的波动情况。随着气速的增大，压降的理论值和仿真值都明显的增大，仿真值的波动情况随着气速的增大而越来越明显，振动幅值也明显变大，说明气速对环状流压力分布的均匀性影响较大。（2）液膜分布分析根据Fluent输出液膜厚度的分布情况对环状流在管路方向上的液膜均匀性进行分析。本文模型中两相环状流油膜厚度的预测值为δ＝0.17mm，由Fluent仿真得到各气相速度下的液膜分布情况如图4所示。根据以上的环状液膜在Y－Z截面和X－Z截面的分布情况，将水平管沿轴向取15个截面，取每个截面处中的上、下、左、右处的液膜厚度，并取四个方向上液膜厚度的平均值。图5给出了液膜厚度分布的波动情况，由图5可见，各个点值表征了各截面处液膜沿周向分布的均匀性，整体线形表示了液膜沿管路方向的分布特性，其中气相速度为30m/s时的整体分布较低，波动性小，说明其环状流液膜在该气速下截面方向及管路方向分布最为均匀，波动性最小。气相速度为50m/s时的整体分布较高，波动性大，说明其环状流液膜在气速下截面方向及管路方向分布最为离散，波动性最大，但是此时油膜厚度也较接近理论值。气相速度为40m/s时的整体分布在前两种情况之间，环状流液膜沿管路方向的波动性比气相速度为30m/s明显。

2结论

本文引用齐斯霍姆关系式对压力分布进行理论分析，并对油气环状流液膜分布情况进行预测，结合Fluent仿真结果统计出压力在管路方向分布的波动性，统计分析出油气润滑的油液输送过程中环状流液膜在管路方向分布的波动性。（1）分析得到水平管内压力的分布与气相速度有关，气相速度越大，压力的波动性越大，对润滑油均匀运输的影响也越大。（2）统计分析得出液膜厚度在管路方向分布受到气速影响，随着气速的增大环状流液膜分布的均匀性越差，波动性越明显。

作者：蔡阿利孙启国 李志宏单位：北方工业大学机电工程学院