大学生创新训练计划项目中期检查报告书

1、项目编号大学生创新训练计划项目中期检查报告项目级别： 国家级省级校级项目年度： 2012 年项目名称：多油楔双浮环油膜润滑轴承系统流体动力特性的数值模拟及实验研究负 责 人：李常伟所在院系：理学院所属学科：工程流体力学指导教师：代玉杰辽宁石油化工大学教务处制表项目名称多油楔双浮环油膜润滑轴承系统流体动力特性的数值模拟及实验研究项目经费10000.00 元项目经费10000.00 元所 属 一 级 学科流体力学所属二级学科粘性流体力学目负责人李常伟1105030101组王金晗1105030115信成员朱赢1105030110息侯金帅1105030112项姓名学号专业所在院系 项目分工 联系电话指

2、导姓名职称教师应用物 理 应用物 理 应用物 理 应用物理研究方向理学院总体负责1824理学院文献查找理学院实验理学院程序编写所在院系 行政职务 联系电话数值信息代玉杰讲师计算理学院应用物理系主任一、项目进展情况概要（ 300-500 字左右）通过前期的准备工作，我们已经建立错位双浮环轴承流体动力特性的物理模型，并利用 Stokes 方程的基本解和格林公式，把润滑剂在流动区域内满足的控制方程化为边界积分方程，这样就将给定区域内的定解问题化为只考虑边界的问题，即问题的边界化。同时，边界方程的离散化，也得到了解决，并编写了相应的程序，进行调试和优化，用有解析解的问题考核程序的正确性。今后的主要工作

3、是根据输出的数据绘图， 并与实验结果进行比较， 分析其物理意义， 根据得到的图形撰写、发表论文。二、项目详细进展情况（包括项目的准备情况、具体实施情况、阶段性成果、与目标的差距、存在的问题及拟采取的措施、后续研究任务及拟取得的研究成果等， 1500-2000 字左右）项目的准备情况、具体实施情况：项目开始至今，我们进行了大量的文献调研，其中包括无浮环的错位轴承和单浮环的错位轴承等，并对上述轴承的流体特性进行了较为系统的总结和梳理，特别对错位单浮环轴承的摩擦功耗、轴承边界压力分布以及润滑剂 的流场等问题作了全面系统的研究，这部分内容是本课题的前期工作，为多油楔双浮环 油膜润滑轴承系统流体动力特性

4、的数值模拟奠定了较好的基础。具体的实施方案是采用边界元法解决流体力学中的润滑问题。边界元方法是20 世纪 70 年代发展起来的一种新的数值方法，是一种由边界积分方程发展成为工程分析的有效数值工具。边界元法是求解偏微分方程边值问题的数值解法。它与有限差分法、有 限元法、伽辽金法等数值方法一样，都是加权余量法的具体应用。但它所采用的权函数 是被解方程的基本解，即无限域的格林函数，因此，在应用边界元法时，区域内各点精 确地满足偏微分方程，边界上的函数值近似地满足边界条件，离散只在边界上进行，这 样，边界元法便将待求解的问题降低了维数，因此具有占用内存少、计算时间短、精确 度高、数据准备量小的优点。在

5、用边界元方法求解上述物理问题时，主要分为如下的两 个步骤：1、问题的边界化：即将给定区域上的定解问题转化为可以只考虑边界的问题。这一步的关键是格林公式，是边界元法的基石。边界化的结果是使问题降维。如果是各维尺度相近的大型问题，代数方程组的未知数将按指数规律减少，这无疑会大大减少准备工作、数据存储量和机时。另外，在边界元法的封闭方程组中，只有边界结点上的未知量，解完方程组后再有目的的求内部值， 因此减少了计算的盲目性， 提高了计算的效率。2、边界的离散化：离散过程是将物理模型中的微分方程或积分方程转化为可以直接求解的代数方程组，由于边界元法只对边界离散，区域内由解析式计算，因此提高了计算结果的精

6、度，简化了数值求解的过程。本项目拟采用上述的边界元方法， 对多油楔双浮环油膜润滑轴承系统流体动力特性进行数值模拟。阶段性成果： 根据上述的物理模型， 目前已经建立错位双浮环轴承流体动力特性的物理模型，并利用Stokes 方程的基本解和格林公式，把润滑剂在流动区域内满足的控制方程化为边界积分方程，同时，完成了对边界方程的离散化。编写了相应的程序，并 对程序进行了调试和优化，用有解析解的问题考核程序的正确性。存在的问题、 与目标的差距及拟采取的措施： 目前虽然完成了模型的建立和源代码的编写，但还未进行系统的数值模拟，也没有对数据进行分类整理和系统分析，这些工 作预计在 1 个月之内完成。另外，本项

7、目在申报时拟用数值模拟和实验验证相结合的方法研究多油楔双浮环油膜润滑轴承系统流体动力特性，但从目前情况看，购买相应的实 验设备成本非常高，只能采取到其他院校或轴承企业做实验的方法，对数值模拟的结果 进行分析。后续研究任务： 后续的主要工作是利用输出的数据绘图，并积极联系实验单位，测量实验数据，将数值模拟结果与实验数据进行比对，分析二者存在差距的原因，以备将来对该模型进行进一步的优化。根据数值模拟结果和实验结果撰写、发表论文。拟取得的研究成果 :1、通过对摩擦功耗的对比总结摩擦功耗与轴承边界形状之间的内在规律，编写适用于求解复杂边界双浮环轴承的通用程序；2、当轴承系统的摩擦功耗达到最低时，确定轴承的形状，并对内、外浮环的半径进行定标；3、定量计算轴承的最大承载能力和最低摩擦功耗的最佳结合点，并定量给出此时轴承、轴颈以及浮环半径的比例关系；4、上述研究成果将以研究报告或论文形式提供，预计学术论文2 篇，其中 EI 收录论文 1 篇。三、经费情况（包括总经费、已使用经费、用途等）项目申报时， 拟用数值模拟和实验的方法对错位双浮环轴承进行研究， 根据项目的进展情况，经费的主要用途是发表论文的会议费和版面费共计约 4500.00 元；到轴承企业或其他院校做实验共计约5500.00 元（具体包括差旅费、食宿、支付给对方的费用及实验耗材等） 。四指导教师意见及指导建议：本项目按申请书