风力发电机主轴轴承腔中润滑脂和空气两相流动与轴承系统温度特性研究

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现代大型风力发电机组中发电机主轴轴承常采用脂润滑,复杂的风载荷使得主轴轴承的工作环境较为严苛,所以工程上对主轴轴承的润滑设计提出了很高的要求。风力发电机主轴轴承的润滑与换热分析和设计需要对主轴轴承腔中润滑脂和空气两相流动现象与轴承系统的传热现象进行深入理解。本文以这一工程需求为背景,应用ANSYS Fluent软件,开展了风力发电机主轴轴承腔中润滑脂和空气两相流动与轴承系统共轭传热的研究。本文的主要研究内容如下:(1)基于大型风力发电机主轴轴承的结构参数、安装形式和运转工况,在NX软件上建立了主轴轴承、流体域、主轴和轴承座的三维模型,在ICEM CFD软件上采用分块法建立了计算域的六面体网格模型,深入理解了轴承各零件间的运动学规律、Herschel-Bulkley流变模型、多相流模型、粘性模型、传热学理论、求解方法等基础理论和使用方法,为轴承腔中两相流动计算与轴承系统共轭传热计算提供了理论支撑。(2)基于风力发电机主轴轴承腔中润滑脂和空气两相流动现象,本文采用隐式VOF模型和Realizable k-ε湍流模型,结合流体动力学的基本理论,建立了主轴轴承腔中润滑脂和空气两相流动的计算模型,分析了润滑脂分布、压力分布、速度分布等计算结果,探讨了轴承转速、润滑脂填充量、润滑脂稠度等级和流体域温度对轴承腔中两相流场的影响。(3)基于风力发电机主轴轴承系统中的热量传递现象,本文采用隐式VOF模型和Realizable k-ε湍流模型,结合流体动力学的基本理论,建立了风力发电机主轴轴承系统共轭传热的计算模型,分析了不同区域中温度分布、两相流分布等计算结果,探讨了轴承转速、润滑脂填充量和轴向载荷对各区域平均温度和最高温度的影响。
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