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考虑双电层效应薄膜润滑的数值分析

徐佳宁  
【摘要】: 在薄膜润滑状态下,润滑剂有着独特的特点和规律。在靠近金属表面的区域,润滑剂的有效粘度异常高于体相粘度,宏观流体的特性明显改变。国内外研究证明:在固体和液体的界面处存在双电层现象,双电层对薄膜润滑有影响主要是因为引发了电粘度效应。电粘度效应使流体的等效粘度增加,对油膜厚度、摩擦系数等均有影响。目前国内外在研究双电层对薄膜润滑的影响时,一般均假设润滑剂为牛顿流体。实际上,在薄膜润滑状态下,润滑剂多为非牛顿流体,因此采用非牛顿流变模型进行研究十分必要。 本文在薄膜润滑中,分别基于牛顿流变模型和非牛顿流变模型数值分析双电层对润滑状态参数的影响。研究主要包括: 1.确定双电层中电荷密度、双电层厚度、双电层电势等参数;分析双电层产生的流动电场;建立双电层引起的电粘度数学模型。 2.分别基于牛顿流变模型和理想粘塑性流变模型编制了考虑双电层效应线接触润滑的计算软件。数值计算结果表明:双电层效应使油膜厚明显增加,对压力分布影响不大。膜厚较薄并且界面处的剪应力超出极限剪应力时,用考虑双电层效应的理想粘塑性模型研究线接触润滑更为合理。 3.编制了基于牛顿流变模型考虑双电层效应面接触薄膜润滑的计算软件。数值计算结果表明:双电层效应使油膜压力分布、承载能力和摩擦系数均有所增加;双电层电势越大,其对润滑性能的影响越明显。 4.建立了考虑双电层效应和壁面效应的粘度修正模型,编制软件进行了数值计算。结果表明:双电层效应使油膜的压力分布、承载能力和摩擦系数均有明显增加。膜厚较薄并且吸附层厚度相对于整个油膜不可忽略时,用考虑双电层效应的等效粘度修正模型研究面接触薄膜润滑更为合理。 本文的研究对薄膜润滑的理论研究和实际工程计算有一定的指导意义。


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